○马雪梅 娄方园 代欢欢
随着2022 年Meta 公司的股价大幅下跌,由Facebook 公司改名为Meta 引发的全球元宇宙热潮进入一个拐点,过多的热捧开始消退,玩家趋于更加理智地看待这个机遇,开始思考如何切实探索元宇宙。元宇宙绝不仅是小范围玩家的试验,逐渐成为全人类向教育、社会、科技、人文下一个发展阶段的共同探索,而虚拟数字人正是打开元宇宙大门的一把钥匙,是教育元宇宙的敲门砖。虚拟数字人产业目前已初具规模,据《虚拟数字人深度产业报告》预测,2030 年,中国虚拟数字人的整体市场规模将达到2700 亿元,并逐步成为教育元宇宙的重要一环[1]。
虚拟数字人与教育的融合发展为教育行业带来了极大的冲击,无疑引领着当代科技革命和教育变革的方向,必将对人类未来产生广泛而深远的影响。教育虚拟数字人以教学场景为抓手,聚焦教育实践问题研究,促进教育教学创新,为数据驱动个性化教学、教育相关者角色重塑以及教学创新提供方案。教育虚拟数字人的应用不断升级,正在逐步重塑教育行业的结构与形态,并由此带来教育供给的新诉求[2]。但教育虚拟数字人的发展目前尚处于萌芽期,走向成熟的过程中必会不断遇到并突破各种瓶颈。国内对教育虚拟数字人的研究尚少,缺乏对其应用场景的分析总结与审视思考。基于此,研究聚焦在教育虚拟数字人相关概念上,剖析教育虚拟数字人的应用场景及国内外相关案例,以期为教育虚拟数字人促进教育发展提供思路。通过对教育虚拟数字人进行理性审视和思考,同时制定防范策略,有助于警示教育工作者在教育虚拟数字人应用到教育场景的实践中注意防范道德伦理和安全风险问题。
虚拟数字人与教育的融合发展,满足个人在教育元宇宙中的身份需求和教育需求,是教育元宇宙的敲门砖。教育虚拟数字人可以拥有像教育主体一样的思想,能够与教育相关者进行互动交流,同时具有识别外界教育环境的能力。
2021 年,随着中国元宇宙峰会召开、游戏公司Roblox 将“元宇宙”写进招股说明书、Facebook改名为“Mata”等事件的发生,这一年被称为“元宇宙元年”,“元宇宙”这一概念再度引起热议[3]。《2020—2021 年元宇宙发展研究报告》中提出,元宇宙是一种虚实相融的社会形态,真实人可以和虚拟数字人进行交互。基于技术视角,多数学者认为元宇宙是由人类根据真实世界而创造出的虚拟世界[4]。也有学者基于人本视角提出元宇宙具有一定的伦理和法律制约[5]。从社会层面讲,有学者认为元宇宙是人们生活的沉浸式虚拟世界[6]。从行业层面讲,有学者提出教育是元宇宙的主要应用场景[7]。笔者结合了其他学者的看法,从广义和狭义两方面定义元宇宙。从狭义上讲,元宇宙是基于VR 等智能技术实现可以让人沉浸式工作、生活、娱乐的虚拟世界;从广义上讲,元宇宙涵盖了数字世界的所有概念,包括当前的互联网和未来虚实融合的数字化世界,而在这个世界中,最重要的主体是真实人和虚拟数字人。
教育虚拟人、教育数字人和教育虚拟数字人是通过建模、渲染、动作捕捉、人工智能、计算机图形学等技术创造出的与教育主体形象接近的数字化虚拟形象,并赋予其特定的与教育相关的人物身份设定,在视觉上拉近和教育主体的心理距离,为教育主体带来更加真实的教育与情感互动。根据各定义特征的要求,教育数字人、教育虚拟人和教育虚拟数字人的关系如图1 所示。
图1 教育数字人、教育虚拟人、教育虚拟数字人三者关系图
1.教育数字人:强调角色存在于数字教育世界。数字人(Digital Human)主要是利用信息科学与生命科学技术对人体进行的虚拟仿真和精确模拟[8]。教育数字人强调角色存在于数字教育世界,其身份设定可以按照现实世界中的教育相关者进行设定,外观也可以完全一致。根据真人还原制作的数字人也称为“数字孪生(Digital Twin)”,其本质是“数字信息结构”,可以理解为对现实世界中“物”和“人”的数字模拟[9]。随着大数据的发展,个人的记忆、判断与决策都可以作为数据记录,“数字孪生”也用作个人数据和生平细节的数字复制。在元宇宙视域下,真实教育世界中的人的数字孪生体被称作“教育数字化身”,意为现实教育中的人在教育元宇宙中的延伸与映射。
2.教育虚拟人:虚拟或现实教育场景中创作的非真人形象。虚拟人(Virtual Human)起源于20世纪80 年代的日本动漫,主要是通过动画、绘画、计算机图形学等技术在虚拟或现实场景中创作的非真人形象[10],如曾参加过春晚和冬奥会的虚拟歌姬洛天依。教育虚拟人的身份不存在于真实教育世界中,其外貌特征、背景信息等均由人为设定。如中国首位虚拟学生华智冰是由专家们根据具体需要通过计算机图形学、计算机建模等技术,对其身体各个部位进行重构、着色渲染,用不同的算法实现其不同功能。
虚拟数字人可以理解为由建模、渲染、动作捕捉、人工智能、计算机图形学等技术创设的具有多重人类特征(包括外貌特征、行为能力、思考能力等)的可交互的存在于非物理世界的综合虚拟产物。教育虚拟数字人可以拥有像教育主体一样的思想,能够与教育相关者进行互动交流,具有识别外界教育环境的能力。元宇宙视域下,把为每个教育相关者创造自己的教育虚拟数字人为最终目的,满足个人在教育元宇宙中的身份需求和教育需求。不仅需精细刻画人的物理和生理特征,包括形貌、感官和情绪等要素,还要有独立的人格,包括行为模式、思想和观念等。
元宇宙时代,虚拟数字人正逐步演进为教育领域的新物种、新媒介,越来越多的教育虚拟数字人正在被开发,其应用场景得到了极大的拓展,应用价值正被逐步挖掘,激活了教育生态。其应用场景主要表现在智慧学习空间、多端应用、智慧教育和虚拟仿真实验室等四方面,具体如图2 所示。
图2 元宇宙视域下教育虚拟数字人的应用场景图
教育虚拟数字人应用于智慧学习空间,能够打破传统教育实践活动中的物理空间与虚拟空间的壁垒,实现线上教学与线下教学的无缝衔接,促进正式学习与非正式学习的无缝流转,智能记录学习全过程,精准有效分析学习行为数据,提供参考资讯、语音交互、知识讲解等服务,成为支持共享、实时、创新、交互以及促进学生全面而有个性发展的实质载体。
1.空间服务。智慧学习空间包括虚拟空间和物理空间,将虚拟教师、虚拟学生、虚拟助教、虚拟导师、虚拟学伴等角色融入空间中,使智慧学习空间不再局限于使用教室、教具的物理空间,实现由物理空间延伸到拥有云端资源的资源空间,并扩展到融网络学习、虚拟学习、协作管理服务功能为一体的社交空间。Tumbuh 小学曾通过定量研究证明虚拟教师在教学能力、人格能力、专业能力和社会能力等方面对特殊需要儿童获得的成就有很大的影响力[11],虚拟学生(如中国首位虚拟学生华智冰)可以适应不同且不断变化的教学场景所要求的各种角色,虚拟学伴(如NEON)可以解决受教育者在教育过程缺乏监督、指导和陪伴等问题。将教育虚拟数字人引入智慧学习空间,提供空间服务,可以支持各种角色互联互通,实现信息无壁垒,促进教育智能化、公平化。2021 年,美国斯坦福大学开元宇宙第一课,可以同时支持300 名学生以虚拟形象同时间出现在同一个虚拟空间中[12]。
2.资源服务。智慧学习空间中的资源包括硬件资源、教学资源、课程资源和人力资源等,将教育虚拟数字人应用于智慧学习空间,如在智慧学习空间中增加虚拟导游(导航)、虚拟员工(空间员)、虚拟讲解员等角色,可以实现实时让“资源找人”、智能分类、智能优选和智能推送等功能,促进教育资源均等化、普惠化、便捷化。智慧学习空间以教育虚拟数字人为依托,以数字化资源为基础、以大数据中心为核心,以主动式应用为牵引,重构资源服务,开展虚拟服务,从数字化到数据化,可以有效解决由于时间和空间的限制为学习者带来的不便捷问题,提供虚拟访问学习资源的渠道,学习者逐步从初步参与到具身体验,最终完全沉浸在资源交互中。
3.应用服务。教育虚拟数字人应用于智慧学习空间,可以提供教学支持服务、学习交互服务和决策评估服务。如虚拟教学助手可以跨越时空提供教育服务、评价服务和辅导服务,展现高度拟人化的虚拟人形象。教育虚拟数字人的交互性可以在教育元宇宙中给真实的教育相关者传递信息,可实现教师授课、学生学习、家长旁听的面对面互动式教学,能够增强师生、生生、师师的学习交互体验,提供参考资讯、语音交互、知识讲解等服务,实现以人为本的教育理念。虚拟导师和真实世界中的教师一样具有决策评估的能力,能够精准记录教学全过程,检测学生学习过程,智能诊断学生学情,有效分析学习行为数据,可以对教学、学生的综合素质和教育进行决策,实现培养智慧型人才的教育目标。如Methical Jane 通过监控学生的工作量以及在学习中的问题,并及时提供解决方案,鼓励了学生学习参与[13]。
教育虚拟数字人的应用不仅存在于智慧学习空间,还支持多端应用,包括智慧屏、教育APP、网页和小程序等,合理运用教育虚拟数字人,可以助力教育与虚拟数字人的初步融合发展迈向创新发展阶段。
1.智慧屏。在智慧屏中引入教育虚拟数字人,将会呈现多模态的更加自然的教育交互控制,如语音交互、手势交互等。疫情和科技的双重倒逼压力推动了在线教育的发展,将教师的虚拟形象在智慧屏中呈现出来,其智慧交互、跨屏体验等特点可以改善在线教学效果寡淡无趣、低效的现状,加强师生的互动交流,帮助教师现场验收学生的学习生成。
2.教育APP。教育虚拟数字人类APP 主要依托于计算机视觉、计算机图像、机器学习等技术,实现良好的教育交互和虚拟的教育场景。如AR Avatar APP,可以将各种Avatar 化身放在经典名著之中。Facebook 通过VR 会议软件Horizon Workrooms,让用户以“虚拟数字人”的身份进行线上VR 会议。VoRtex 可以支持虚拟环境中的协作学习活动,为教育者提供现成的辅助工具,实现真实人与虚拟数字人的良好教育互动[14]。
3.网页。教育虚拟数字人作为教育元宇宙的重要元素之一,随着建模、渲染等技术的发展,其应用性也在进一步加强,在教育相关的网页等方面也有落地,如网页的虚拟导航、为教育相关者打造虚拟形象、实现教育交互等。世优科技将推出“MetaAvatarShow”元宇宙分身秀平台,可以为每个用户(包括教育相关者)定制打造虚拟形象。Li Wang等设计开发了一个具有自主性、沉浸感、交互性等特点的虚拟导游系统,为用户提供了一个高仿真场景和良好的互动环境,可以提高教育的趣味性和灵活性[15]。Roberto Reyes 等开发了一个适用于某门课程的交互式内容的教育虚拟数字人网页。该网页的教育虚拟数字人能够以分层结构的方式显示常见问题的答案,引导用户更好地解决学习问题[16]。
4.小程序。教育虚拟数字人在小程序方面的应用主要依托于微信平台。在微信上以“虚拟人”“数字人”等关键词搜索小程序,目前仅能搜到20多个相关的小程序,与教育相关的虚拟数字人的小程序还未落地。但可以借鉴其他行业相关的虚拟数字人的做法,开发与教育相关的虚拟数字人小程序。如开发可以替代真人服务的虚拟教学助手小程序,满足教育相关者的基本教学诉求。开发具有知识百科、高度拟真互动的教育虚拟数字人,可以提高教育的趣味性和灵活性。在教育虚拟数字人小程序中增加形象库、面部表情库、动作库和场景库可以助力学生的艺术教育。
教育虚拟数字人应用于智慧教育,可以促进沉浸式交互环境、智慧教学模式的构建,可以提高教师的教学能力、丰富教学方法,培养德智体美劳全面发展并具有良好的思维品质和价值取向、较强的创新实践能力的智慧型人才。
1.沉浸式交互环境。教育虚拟数字人的应用使智慧教育打破了物理空间的界限,真人与虚拟化身的灵活转换,使其交互环境更加沉浸,实现高拟真的场景化设计。用户可按照需求在虚拟空间中设置多种风格的智慧教育场景,选择多种风格的虚拟形象,实现高精度真实的物理智慧环境的复刻。用户在虚拟空间中参与智慧教育的方式不再只是列表中的一个名字,而是具体的形象,可以自由自在地在具体的教育场景中走动。如微软利用MR(混合现实)平台Microsoft Mesh 将虚拟数字人元素融入Microsoft Teams,用户可以以虚拟化身的形式见面和互动。圣何塞州立大学信息学院的虚拟图书馆可以提供给数字公民一个沉浸式的学习交互环境[17]。
2.多模态智慧教学模式。教育虚拟数字人的应用使教育相关者可以通过多种途径、多个感官参与到智慧教育之中[18],使其学情诊断、教学过程检测更加灵活和便捷。教育虚拟数字人可以转变智慧教育的教学模式,实现软件和硬件间的无缝互联,人与教育虚拟数字人实时互动,为学生提供多模态的智慧教学模式,学生可以获得大量的学习机会,有助于人、教育虚拟数字人、物三元融合,促进虚实融合的教育生态的发展。如Jie Yuan 等[19]通过虚实融合的方式进行虚拟实验,设计并实现了多模态智慧教学模式,提高了人与教育虚拟数字人的交互效率,降低了学习者的认知负荷,增强了现实感和操作感,激发了学习者的学习兴趣。为元宇宙时代智慧教育的变革提供了一定的应用启示。
虚拟仿真实验室依托于教育虚拟数字人的应用,构建高度仿真的虚拟实验对象和虚拟实验环境,让师生可以及时、形象、直观地体验实验内容,打破时空的限制,丰富实验素材。
1.虚拟实验对象。虚拟仿真实验室有助于培养医学生和生化专业人士的个人职业技能,如虚拟仿真实验室中的虚拟病人,可以帮助医学生或者实习生体验如何做一名合格的医生。学生可以对虚拟病人进行问诊、体检、辅检、诊断和治疗,同时也可以与虚拟病人进行对话,获取虚拟病人相应的体检报告,学生根据体检报告判断病情,设计诊疗方案。虚拟仿真实验室中的虚拟病人的病情还会根据情况变化,学生需要像对待真实病人一样对待虚拟病人,能够根据公开的信息,像答题一样决定每一步该如何治疗、用药,治疗之后会显示虚拟病人的治疗时间及费用等信息,虚拟仿真实验室的评估系统会对学生的临床思维能力进行评估与反馈,满足了学生作为医生或者实习生的体验,锻炼了其临床思维能力,使学生在进入临床实习前有了一定的了解和认识,有效避免了因实习生的失误造成对病患的伤害,同时也避免了医患纠纷。如美国莫尔豪斯学院(Morehouse College)建立沉浸式虚拟实验室进行虚拟人体科学实验[20]。
2.虚拟实验环境。虚拟仿真实验室提供的虚拟仿真实验环境具有零危险度、高自由度、仿真性、可操作性和设备联动性等方面。在高度仿真的虚拟实验室中,师生能够打破时空限制,通过控制虚拟化身以具身认知体验和沉浸式体验的方式进行情境性、探究性的学习活动和交互,形成虚拟人、虚拟实验环境、教师和学生数字孪生体四位一体的局面。虚拟仿真实验室构建的虚拟实验环境能够解决实际教学中的很多问题,比如有些学校的实验器材紧俏,或者有些实验因为危险性较大,很难在物理实验室中完成等问题[21]。
加强元宇宙视域下教育虚拟数字人的审视和思考,并制定防范策略,有助于警示教育工作者在教育虚拟数字人应用到教育场景的实践中注意防范道德伦理和安全风险问题,同时可以丰富教育虚拟数字人的道德伦理研究。
随着教育虚拟数字人应用场景的发展,教育虚拟数字人渐渐与我们的学习密不可分。然而,教育虚拟数字人应用场景的道德伦理和安全风险挑战也渐渐显现出来。
1.如何明晰“以人为本”等教育要素——道德审思。教育虚拟数字人的发展为教育行业带来新机遇的同时,也带来了新挑战。元宇宙视域下自由被放大,使得道德在虚拟空间中被虚化、教育虚拟数字人的道德行为“无人看管”[22]。在元宇宙视域下,每个教育相关者都可以通过唯一的标识产生具有现实感的真实教育交往关系,用户可以随时随地以教育虚拟数字人的身份进行学习。教育虚拟数字人的发展目标是使其向人类一样学习、思考和行动,但随着教育智能化程度的提高,教育虚拟数字人面临着道德方面的挑战,主要包括责任感的缺失、用户接受度低于预期等方面。如何确定教育虚拟数字人产品的法律主体、权利、义务、责任和教育特性,如何确保研究人员开发出与现行法律、社会规范、教育要求和道德相符的架构,如何明晰“以人为本”“人的全面发展”等教育要素,都是教育虚拟数字人的发展道路上需要考量的。
2.是否存在不公、非善、责任失范等现象——伦理审思。教育虚拟数字人的应用需要伦理价值层面的审思,其面临的伦理困境主要表现在三方面。第一,教育虚拟数字人面临着教育公正困境问题。理想状态下教育与教育虚拟数字人是相辅相成的,但在现实情况中,教育虚拟数字人智能性的提高并不意味着其教育性的增强,可能会加剧数据鸿沟[23]。教育虚拟数字人在辅助教育的同时,容易滋生主导教育工作的情况。技术在为教育提供便利时,又携带有机械的因素,教育虚拟数字人并不能完全模拟出真实的人性和情感,进而影响人与人的关系。第二,教育虚拟数字人应用面临着非善的问题,如教育虚拟数字人的数据无歧视性及准确性无法保障,进而可能会引发教育歧视问题,对教育相关者的发展造成一定的束缚,甚至会出现对人的权力的漠视等问题。第三,教育虚拟数字人应用不当就可能造成责任失范现象。由于教育虚拟数字人相关的法律法规及基本规则尚未完善,容易造成教育责任归属不明、研发应用不负责等问题。因此,在应用教育虚拟数字人的过程中,要坚持人类是最终的责任主体,肩负研发教育虚拟数字人技术性和应用性的责任。
3.是否存在隐私泄露等风险问题——风险审思。教育虚拟数字人发展的不成熟和不确定性也会带来很多风险,如隐私风险、行业政策监管风险和版权管理及保护风险。一方面,网络安全和数据隐私问题近年来愈发严峻,教育虚拟数字人的永续性、可创造性、实时性、可连接性等特性说明其中的数据量将呈现指数级增长,数据的调取和使用将会更加频繁。不可避免会存在用户隐私数据及其敏感数据被泄露等问题,同时所有历史也会被准确记录,这些记录一旦受到恶意使用,将会产生巨大隐私风险,因此需要一个高度可靠的系统来进行监管。谁拥有教育虚拟数字人的数据以及谁来管控?如何在发展教育虚拟数字人的同时平衡好和信息安全与隐私的关系?这些是需要前瞻考虑的课题。另一方面,教育虚拟数字人物所有权、犯罪行为等目前尚未有法律上的界定,针对教育虚拟数字人行业的政策较少,行业内缺乏统一技术标准和体系,产品质量良莠不齐。教育虚拟数字人在发展中可能会引发一些法律问题和风险,应建立相关制度进行防范。
教育虚拟数字人推动教育发展进程的同时,也会带来一定的负面影响。研究教育虚拟数字人的防范策略,对教育虚拟数字人推动教育发展具有重大的现实意义。针对教育虚拟数字人面临的道德伦理和安全风险等问题,本文从技术、应用和法律三个层面提出防范策略。
1.技术层面:加强技术安全策略的研制。教育虚拟数字人所依赖的各项技术呈现木桶效应,即教育虚拟数字人能够对教育什么样程度的影响,取决于那块“短板”技术发展到了什么阶段。从目前来看,支持教育虚拟数字人的各项技术只能满足初期教育虚拟数字人的发展需要。为解决教育虚拟数字人可能存在的负面影响,技术层面可以通过加强教育虚拟数字人产品研发的支持,加强技术安全策略的研制,逐步实现可监督、可信赖、可控制的教育虚拟数字人,提高教育虚拟数字人识别和决策的准确性,使教育虚拟数字人产品更加完善、更加适用于教育,进而避免因技术不成熟引发的道德伦理问题和责任失范现象。
2.应用层面:避免对人类的伤害。在应用层面,教育虚拟数字人的应用理应避免对人类的伤害,秉承先贤的技术生态伦理观。一方面需要规范教育虚拟数字人应用场景的问题责任主体,树立正确的技术应用观念。不窥探别人的数据文件,不使用教育虚拟数字人相关技术进行偷窃,使教育虚拟数字人的应用研究始终围绕着可靠的技术展开,实现虚拟数字人与教育的协调发展。另一方面提高应用主体的教育虚拟数字人的知识与技能,加强主体的技术伦理素养。做到公正且不采取歧视性的行为,尊重包括教育虚拟数字人的版权和专利在内的财产权,尊重知识产权和他人隐私,使教育虚拟数字人应用到合适、合理、可靠的场景中。
3.法律层面:制定标准并完善法规。教育虚拟数字人在给教育带来便利的同时,也带来了新的挑战。就法律而言,如何认定责任主体、如何制定合适的民事与刑事法规成为重要的研究课题[24]。第一,由于教育虚拟数字人是一个综合性的概念,因此应从全局着手,提高全民教育相关者的安全风险意识,增长安全风险知识,从整体上提高信息安全的防范意识;第二,创新教育虚拟数字人的理念体系,制定统一的安全标准体系,创建具有中国特色的教育虚拟数字人产品安全测试与认证规范;第三,制定《教育虚拟数字应用安全法》等相关法律条例,完善相关法律法规和基本规则,加强技术保护,降低来自网络黑客、网络侵权和网络病毒等对教育虚拟数字人应用的危害。
元宇宙时代,日新月异的数字技术正在对教育的物质形态、关联关系产生革命性或颠覆性的改变。现阶段,教育产业可以从场景共享、资源共建、责任共当、标准共建的角度参与教育虚拟数字人的建设与应用,让有限的资源创造无限的可能。未来,教育虚拟数字人的价值将体现在哪里,又将走向何处?这些问题值得探讨。
教育虚拟数字人无疑引领着当代科技革命和教育变革的方向,必将对人类未来发展产生广泛而深远的影响。教育是一个很缓慢的领域,教育元宇宙是一个漫长的过程。未来,教育虚拟数字人的开发将更多地关注目标、任务和情感联系,它使教育变得更具自由度、更高灵活性、更多体验性和更强功效性。巧妙运用教育虚拟数字人,可以制作高质量情景化教学资源、构建项目化混合式教学模式、建设交互式沉浸式智慧课堂、创新远程多人互动智慧学习空间等。从短期来看,教育虚拟数字人凭借技术优势,在教育领域为用户提供高沉浸高交互的体验服务。从中期来看,教育虚拟数字人将会走向成熟,覆盖的用户也越来越多。从长期来看,教育虚拟数字人的教育服务范围继续扩大,将会为技术创新和科学研究提供支撑,全面推进人与教育虚拟数字人融合和沉浸式仿真。总之,未来一段时期内的主旋律仍然是教育信息化,教育虚拟数字人的合理运用能够提升教育相关者的信息素养,可以使教育信息化走向高级阶段。
教育虚拟数字人以教学场景为抓手,聚焦教育实践问题研究,促进教育教学创新,为数据驱动个性化教学、未来教育相关者角色重塑以及教学创新提供方案。教育虚拟数字人的应用不断升级,正在逐步重塑教育行业的结构与形态,并由此带来教育供给的新诉求。教育虚拟数字人的本质是对教育相关者的虚拟化、数字化过程,对内容生产、用户体验以及实体教育世界内容等进行大量改造,教育虚拟人和现实中的人之间需要有统一的编码规则和识别系统支持。因此,教育虚拟数字人的发展必定是循序渐进的,是在共享的基础设施、标准及协议的支撑下,由虚拟数字人和教育不断融合、进化而最终成形的——这将是一个漫长的、充满不确定性的曲折过程。在遥远的未来,虚拟数字人和教育可能会彼此融合成新的形态,无处寻觅而又无所不在。总之,在技术的加持下,教育虚拟数字人将和人类社会发展的新模式相适应。