元宇宙在职业学校教学中的机遇与挑战

王 霞 杨 青 余森彬 邱 欣

(浙江师范大学, 浙江 金华 321004)

职业教育作为一种市场性和开放性极强的类型教育,为我国经济社会发展提供了有力的人才支撑。目前,职业学校依托“互联网+教育”模式推进了职业教育现代化建设,实现了教学资源的远程传播与共享,但互联网无法打造理实一体化沉浸式课堂、搭建虚实深度融合的职业技能实训基地以及制订精细化学习方案等弊端开始逐渐显露,影响了新时代职业教育高质量发展,急需新技术和新思想赋能职业学校进行深化改革。元宇宙是集各项先进技术于一体的新型互联网形态,能打造虚实深度融合的沉浸式课堂,搭建规模较大的虚拟实训基地,制订全方位精细化的学习方案,是职业学校加速课堂教学变革的突破口。

一、元宇宙概念界定及技术特征

(一)元宇宙的概念界定

元宇宙看似是个新兴概念,但实际上是经典概念的重生。早在1992年,美国科幻作家尼尔·史蒂芬森(Neal Stephenson)在其科幻小说《雪崩》(SnowCrash)中便首次提出了元宇宙一词[1],并在书中将其描述为:只要人们戴上耳机和目镜,找到连接终端,就能够以虚拟分身的方式进入由计算机模拟且与真实世界平行的虚拟空间[2]。元宇宙作为一种新型数字技术,被认为是当前扩展现实(XR)、数字孪生、区块链、人工智能等先进技术的概念具体化与实物化。罗布乐思公司的首席执行官大卫·巴斯祖奇认为,元宇宙是一个将所有人都相互关联起来的三维虚拟世界,人们只要在这个虚拟世界中拥有自己的数字身份,就可以在元宇宙世界里尽情互动,并创造想要的东西[3]。Meta创始人扎克伯格认为,元宇宙是一种让人们通过置身“实体互联网”当中,产生身临其境的感觉,以“虚拟化身”的方式进行交友、娱乐、工作、学习、购物等,与现实世界活动平行或超越现实世界活动的新平台和媒体。此外,北京师范大学新闻传播学院喻国明教授站在传播学的角度认为,元宇宙是数字化革命以来所发展起来的全部技术与社会现实融合发展的全新文明形态,它不是平行于现实世界的一种存在,而是既超越现实世界,又与现实世界相融相生的“混合现实”,能够让人类进入一个更具自由度、更高灵活性、更多体验性、更强功效性的超现实世界当中[4]。

综合上述观点,本文认为元宇宙是虚拟与现实边界消融的3D虚拟世界。从技术结构看,数字孪生技术将现实世界复制到元宇宙,打造出包括但不局限于现实世界的“新赛博空间”;视觉沉浸技术将物理世界复杂的理论知识与概念实物化和具体化,搭建出“可想即可见”的3D数字空间;区块链技术将现实世界的经济、社交、身份等社会生态文明系统与元宇宙技术有机融合,构建出尽情创造、自由交互的虚拟空间。

从元宇宙与现实世界的关系看,元宇宙是既与现实世界深度融合,也与现实世界相互平行且独立的虚拟世界,二者相互促进、共生共存。一方面,在现实世界的技术创新驱动下,视觉沉浸技术、区块链技术、数字孪生技术等不断趋于成熟,为元宇宙与现实世界的边界消融创造了有利条件。另一方面,元宇宙中沉浸式的体验、具身式的交互、无拘无束的内容生产和世界编辑等,为现实世界的技术创新提供了将抽象思维具体化、实物化的自由创造的机会与平台,能让人类通过不断“试错”来打破现实世界发展过程中的各种技术瓶颈。

(二)元宇宙的技术特征

元宇宙是众多信息技术的协同式聚合,是基于多种先进技术而实现的技术融合式创新,主要特征如下:

第一,虚拟世界与现实世界深度融合。一方面,元宇宙是依托数字孪生技术构建的映射于且独立于现实世界的人造虚拟世界,既包含了物理世界的复制品,也包含了虚拟分身在虚拟世界的自主创造物[5]。另一方面,元宇宙与现实世界之间依靠端口接入,用户通过穿戴设备进入元宇宙后即可自由地进行触觉、嗅觉、听觉等人类知觉以及全身感官体验,让使用者产生虚拟世界与现实世界边界消融的临场感。

基于5G通信技术、沉浸技术、扩展现实技术等,元宇宙具有极高的低延迟感、沉浸感和拟真度,能为用户带来沉浸式的交互体验。在职业院校课堂中,师生仅需一个人机接口即可进入元宇宙构建的与真实世界非常相似的具有时间、空间、感官三个维度的人机交互体验课堂,通过在虚拟世界的沉浸式深度学习来深化理论,提升实践技能,进而实现理实一体化的课堂教学。

第二,资源创造极度自由、开放、安全。以区块链技术为根基的元宇宙能实现资源自主创造、系统永续开放,为用户提供了极度开放、自由、安全的个性化数字空间。一方面,元宇宙可以通过相应的操作将抽象的思维作品及时转化为具体有形的产品,为用户打造“可见即可感知”“可想即可尝试”的可视化网络空间,满足用户自主创造的体验需求。另一方面,元宇宙能将虚拟世界与现实世界的经济系统、社交系统和身份系统进行密切融合[6],让用户在拥有唯一虚拟分身身份的条件下进行具有创造性和自我构建性的内容生产与世界编辑,进而保证用户隐私与底层数据的保密性与可追溯性。

思维创新是职业院校人才培养的关键,长期实体化的教育受制于资金投入紧缺、师资力量薄弱、实训场地不足等,因而无法为学生打造出一批供学生随时随地开展实践训练的平台,导致学生难以实现“可想即可尝试”的思维训练。集AR、VR等技术为一体的元宇宙拥有丰富的教育资源,既能满足学生的理论学习,也能通过让学生将抽象的思维作品转化为真实的产品来提高学生的思维创新能力,是一种开放、自由、安全的“可想即可尝试”的试错平台。

第三,数据记录与分析极度多元、智能、精确。人工智能、大数据、云计算、分布式存储、量子计算等是元宇宙数据生成、数据转换以及数据存储的关键技术支撑,可以对虚拟分身在元宇宙中工作、学习、生活的相关数据进行智能化、多元化存储、转换以及分析,根据分析结果为用户精准画像。此外,元宇宙还以动作捕捉技术为承载,对虚拟分身的声音、动作、表情等进行运动追踪与感知,留存并解析捕捉所得的生物特征数据,生成能体现用户学习、工作等状态的数据报告单。

对学生精准画像是因材施教的核心,然而,由于互联网的动作捕捉技术不成熟,难以对学生的声音、动作、表情等进行运动追踪与感知,无法对学生的学习数据进行全方位、精确化分析。元宇宙作为多种先进技术的融合体,能在捕捉到职业学校学生实践训练过程中的表情、操作、声音等数据后进行存储并分析,生成学习情况报告单,为教师有的放矢的教学提供有力的数据支撑。

二、职业院校教学现状

职业院校是培养技能型人才的重要基地,是推动社会经济发展的重要力量。随着现代化发展进程加快,产业结构不断优化调整,企业对职业学校培养的“双技型”人才提出了既要有扎实的理论知识基础,又要具备熟练的技能操作能力的高要求。

(一)理论教学与实践失衡,学习效果不佳

1+X证书制度试点的实施标志着职业教育人才培养不再简单地以学业成绩合格为目标,而是既要学业成绩合格,也要实践技能达标,才能取得若干职业技能等级证书。然而,目前大部分职业学校仍然缺乏对职业教育“理实一体化”教学的正确认识,重理论、轻实践,或重实践、轻理论的理实失衡现象依然较为普遍,是职业教育“理实一体化”人才培养急需调整的问题。

(二)实训基地建设不足,技能提升困难

实训是职业学校人才培养的重要环节,对职业学校人才的技术技能提升具有极其重要的意义。然而,受教育投入资金不足、校企隔阂、土地资源紧缺等因素的影响,职业院校实训基地建设规模无法扩大或新建,老旧的实训设施设备无法及时更新,导致学生实训经验严重不足,难以实现技术技能突破,毕业生与社会行业严重脱节,难以适应行业和技术发展的需要。

(三)教学评价机制不完善,难以精准施教

理论知识考核在职业学校教学评价中仍占据主导地位,学生平时表现、兴趣爱好等通常被置于教学评价体系之外。同时,职业学校从未根据学生学业成绩、平时表现、兴趣爱好测评等生成教学评价反馈表或建立学生成长档案,导致精准施教无据可依。

三、元宇宙在职业院校教学中的应用价值

(一)虚拟与现实深度融合,打造理实一体化课堂

元宇宙通过数字孪生技术将物理世界职业学校中的每个物体都真实地映射到虚拟世界,构造出一个学习者能在课堂上自由交流讨论、随意切磋技艺,具有较强视听性和交互性的虚拟职业学校。在元宇宙职业学校的学习过程中,学习者以理论与实践双向提升为终极目标,以技术技能训练为理论内化手段,将理论内化和实践技能提升融为一体,为学生带来感官上的冲击以及思想和精神上的洗礼与触动,让学习者在课堂上与教学内容深度共情,激发他们的学习潜力,确保理论教学与实践教学之间的平衡,真正实现“理实一体化”教学。

(二)搭建大规模实训场地,有效提升实践能力

元宇宙依托AR、VR、MR等技术搭建出调动视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉等人类知觉的技术技能虚拟实训基地,满足职业学校师生随时随地对教学内容自我创造与不断试错的课堂学习需求。由相关软件与硬件设施搭建的元宇宙技术技能实训基地既能解决职业学校因受教育资金不足、土地资源紧缺等限制而无法扩建或新建实训场地、及时更换老旧设施设备等现实问题,也能减少师生在实训过程中因紧张、不熟练等出现操作失误而引起的安全事故,对提高技术技能训练中的安全系数具有积极作用。同时,元宇宙职业教育实训基地还能打破时间和空间维度的瓶颈,实现课内课外、校内校外等随时随地的职业技术技能实践训练,是职业院校师生实践技能提升的重要技术支撑。

(三)多方位记录学习数据,制订精细化学习方案

首先,基于云计算、大数据、分布式存储等技术的元宇宙会自动收集并储存职业学校学生在虚拟课堂上的作业、问答、学习进度等数据[7],通过全方位、智能化分析后形成全面、完整、动态的课堂理论学习评价报告,并在此基础上为学生制订或推荐最匹配的专业课理论知识学习方案。其次,扩展现实技术能实时捕捉并留存学生在实训课堂上的声音、行为、眼神、表情等生理和心理反应的相关数据,利用这些数据总结学生实训操作中的薄弱点,进而为学生提供符合其职业技术技能水平、生理和心理反应规律的学习场景和活动形式。最后,元宇宙在区块链技术支撑下对学习者兴趣爱好、性格、学习习惯等测试数据进行相应分析后反馈给学习者,以供学习者根据自身性格、学习特征等自主创造或编辑学习方案。

四、元宇宙赋能职业院校教学变革的挑战与要求

元宇宙在职业院校教学中的应用如同一把双刃剑,既充满了无限可能,也带来了诸多挑战。因此,职业学校应客观理性地看待元宇宙,科学设定元宇宙教育标准,将元宇宙的技术特征与教学特点有机融合,构建虚拟空间与教育系统协同发展的新教育体系。

(一)元宇宙赋能职业院校教学变革的挑战

1.技术成熟度低,学习数据捕捉困难。元宇宙是集大数据技术、VR、MR等虚拟技术为一体的新型虚拟空间,是多种技术的融合体,尽管当前大数据技术、云计算技术、5G技术等已经在教育系统取得了阶段性的成就,但是这些技术的成熟度参差不齐,技术间的融合出现裂缝,导致元宇宙技术的整体成熟度降低。因此,元宇宙资源优化受阻、映射虚晃、感官体验不佳等问题依然无法规避,进而导致师生交互过程中的微表情变化、情感感知等无法被精确捕捉,这是元宇宙在职业院校教学应用中的难题。教学是一项学生、教师、社会有机融合的复杂性工作,要发挥元宇宙技术在职业院校教学中理实一体化教学、实践技能提升、因材施教等作用,就必须打破各种技术融合难的瓶颈,实现技术间的协同发展。

2.缺乏统一的元宇宙标准,课堂教学场面失控。每一次的信息技术革命都会对职业院校的教学造成一定的冲击,元宇宙作为一种新兴技术,在与传统的职业教育融合过程中可能会出现教师领导作用消失、师生情感交流受阻、学生对世界的认知模糊等危机,与现实世界的课堂教学产生伦理冲突。同时,元宇宙开放度、自由度极高,学生能自由创造或编辑教学内容,容易导致元宇宙课堂上的教学内容不统一,进而导致课堂教学场面失控。

3.教学理论不充足,难以与教学有机融合。与普通学校教学相比,职业学校教学更复杂,其参与者除教师、学生、家长外,还涉及企业、技师、工匠等主体。尽管元宇宙在普通教育领域的教学方式、教学评价机制、技术架构、应用潜力等方面已屡有论及,但从整体来看,目前元宇宙在教育教学中的研究仍处于起步探索阶段,尤其在职业院校的教学理念、教学评价、实践能力提升等方面的研究十分匮乏,如何将职业学校“理实一体化”“以学生为中心、以成果产出为导向”等教学理念与元宇宙技术有机融合,需要元宇宙研究者们与职业教育研究者们相互配合,深入研究论证,推广普及。

(二)元宇宙赋能职业院校教学变革的要求

1.客观理性地看待元宇宙。元宇宙将会如何塑造教学模式已成为当前元宇宙研究的热门话题之一,华东师范大学已从元宇宙本质的角度依托云展厅策展课程深入探讨了元宇宙视角下的未来教学模式[8]。当前,一些职业院校已开始在教学中布局元宇宙,对于元宇宙未来在职业院校教学中的应用,职业院校不能只是盲目地接受一些零星的、不成体系的散架概念,一方面,需要教师积极参与社会机构提供的元宇宙培训,让他们用创新性、批判性的思维去客观地、系统地认知元宇宙在教学中的潜力与价值。另一方面,职业院校要组建一支对元宇宙认知清晰、实践创新能力强的师资队伍,利用院校自身培养出来的一大批元宇宙技术人才反哺该技术在职业院校教学中的应用与发展,鼓励他们推动元宇宙在职业院校教学中的技术创新,从而让元宇宙突破技术瓶颈,实现可持续发展。

2.科学设定元宇宙教育标准。2022年8月,我国第一份《元宇宙教育共识》在北京发布,对我国的元宇宙科学家和科技企业都设定了相关的技术标准[9],却未对元宇宙在教学中的应用设定标准。从职业院校的教育教学元素组成来看,职业学校课程设置的特殊性、人才培养的复杂性、实训的职业性都是构建“元宇宙+职业教育”人才培养体系的重要影响因素。由于元宇宙缺乏相应的教学理论,在将元宇宙技术特征和职业院校教学特点结合时,无法做到“严丝合缝”,容易造成师生在虚拟世界的课堂场景中失控。因此,为高度警惕元宇宙失控,元宇宙研究者们必须与教学研究者相互配合,对元宇宙在教学中的应用制定相关教育标准。第一,明确元宇宙背景下的人才培养目标。职业学校应以元宇宙为人才培养平台,借助元宇宙数字生产、数字交换等技术优势,融合社会经济发展趋势、元宇宙企业岗位需求,与企业共建元宇宙课程、共育专业人才,共同定位元宇宙背景下的人才培养目标。第二,建立元宇宙参与下的职业院校课程标准。职业教育课程标准作为职业学校课程开发建设、课程实施、课程评价的准绳,是专业人才培养中“培养什么人、怎样培养人”的具体体现。职业学校需要在元宇宙的统一技术标准下,以元宇宙背景下的人才培养目标定位为导向,重新审视本校的职业教育发展现状与趋势,结合本校的元宇宙布局特色制定各门课程的课程开发建设标准、课程实施标准、课程评价与管理标准,编写相关专业的数字教科书,开设相应的元宇宙课程,建立满足“元宇宙+职业教育”教学模式的课程标准。

3.有机融合职业学校教学特点。第一,坚持走理论与实践一体化的育人道路。元宇宙拥有丰富的教学资源,师生能自主创造学习场景,是推动职业学校理论与实践一体化育人的重要技术支撑。因此,在元宇宙时代,职业学校需要通过开设元宇宙专题讲座、选拔青年教师进入高层次院校深造、引进元宇宙专业人才等方式加强元宇宙技术运用的专业教师队伍建设,让教师能利用元宇宙对学生的精准画像为学生制订符合其学习特点的学习方案与教学内容,并借助元宇宙技术为学生打造出真实的工作环境,满足学生在课堂上一边进行理论学习,一边开展岗位实践练习的学习需求。第二,坚持“以学生为中心、以学习产出为导向”的教育理念。元宇宙去中心化的技术特征能有效破解我国职业院校长期以来的“唯教师”论,为形成“以学生为中心、以学习产出为导向”的新型职业教育形态带来了无限可能。AR、VR、XR等视觉沉浸技术能刺激学生视觉体验、激发学生创新创造意识,为他们提供“可想即可尝试”的试错机会,培养学生的学习产出意识。职业学校必须深入贯彻“以学生为中心,以教师为主导,以学习产出为导向”的教育理念,打破现实世界的教学常态,让学生在元宇宙创设的教学场景中对教学内容自主创造、自主探索与实践,将更多的学习自主选择权“还”给学生,从而真正解决教师的“教”与学生的“学”的主客体矛盾。

元宇宙是机遇与挑战并存的数字世界,在为职业学校课堂教学、实训、教学评价带来无限畅想的同时,也会对人才培养目标定位、课程标准设定、教师队伍建设等工作带来巨大挑战。从“元宇宙+职业教育”本质上看,元宇宙只是一种先进技术在职业学校的应用,是人类互联网终结时代的教育思维延伸,是学校深入推进教学改革的路径拓展,但不是解决职业院校一切教学问题的“万能药”,既不能完全代替现实世界,也不能对人类教育的本质进行更改。目前,元宇宙在教育领域的研究主要围绕“技术论”展开,尚未切实深入探究通过将职业学校的教育内容、教学角色关系、教学管理等教育要素与元宇宙技术有机融合来构建“元宇宙+职业教育”新形态教学模式,充分发挥元宇宙助力职业学校发展的问题。因此,面对元宇宙新机遇,职业学校要保持清醒的头脑,理性分析学校及元宇宙技术当前的发展现状,客观认知元宇宙赋能学校发展的价值内涵,在符合元宇宙教育标准的条件下积极探索元宇宙技术在职业学校规划布局的路径。