元宇宙助力教育数字化转型

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(本文根据文福安教授做客第30期元宇宙前沿大讲堂,参与“元宇宙+教育:元宇宙助力教育数字化转型”主题发言整理)

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关于元宇宙的概念和特征

元宇宙是十年以后信息社会的一个构想,不同的人对元宇宙有不同的想象。互联网时代解决了很多问题,但又有很多互联网社会难以纠正的缺陷,主要包括用户不可信、学习成本高、简单链接和实现的难度大等,于是元宇宙在这样的背景下应运而生。

谈及元宇宙就会谈到一个重要的名词:虚拟世界。虚拟世界是采用数字技术在现实世界基础上建立的包罗万象的数字模型。元宇宙由现实世界和虚拟世界融合而成,是人类社会高度数字化和智能化以后形成的数字社会新形态。用户在虚拟世界中使用元宇宙身份从事学习、社交、娱乐、生产、经营、社会治理等活动,逐步建立一种新的数字文明。

元宇宙既涉及到工程技术,也涉及到人文社会,同时它还有可能改变人类的世界观。元宇宙包含三个世界:现实世界、内心世界和虚拟世界。有史以来人类就感受到了两个世界:现实世界和内心世界。现实世界一直客观存在,且只有一个。每个人都有一个自己的内心世界,现在有80亿个内心世界。而虚拟世界是一种全新的世界,它是客观存在的,并且人类也能通过感官或科学仪器进行交互,但虚拟世界又是人为创造的。虚拟世界是继现实世界和内心世界之后诞生的第三种世界,虚拟世界有无穷多个。

元宇宙相对于互联网有四大特征:逼真、可信、在场、共创;元宇宙相对物理世界也有四大特征:仿真、构想、快速创建、瞬移。

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构建教育元宇宙的四类关键技术

元宇宙由现实世界、内心世界和虚拟世界组成。虚拟世界是由人造的,所以需要虚拟世界构建技术;虚拟世界要与人交互,于是产生了虚拟世界交互技术;要实现虚拟世界和现实世界联结,让两者互联互通,便产生了虚实空间联结技术;最后,还需要元宇宙管理技术对三种世界进行管理。

首先,教育元宇宙中虚拟世界构建技术是指构建虚拟教学场景或数字学习空间所需要的底层技术。它包括三维建模、科学仿真和系统融合三类技术。其次,教育元宇宙中虚拟世界交互技术是人借助设备进入元宇宙虚拟空间并与其互动的技术。包括VR技术、MR技术、动作捕捉技术、全息投影技术、人脸识别技术和脑机接口技术等。再次,教育元宇宙中虚实空间联结技术是现实空间与虚拟空间相互联结交互的技术,它包含以物联网为主的传感技术、数字通信技术和接口技术等。最后,元宇宙管理技术是对三个世界进行综合管理的技术,包括最新的区块链、NFT和身份认证技术。

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元宇宙助力教育数字化转型

首先,元宇宙的八大特性与教育理论和学习方法有密切的关系,有助于我们实现教育目标。其次,元宇宙的八大特性能更好地促进教育数字化相关政策的实施落地。

2021年,教育部等六部门发布《关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见》,意见提出了建设教育新型基础设施的六大方向,这六大方向与元宇宙建设一脉相承,未来构建的元宇宙一定对教育新型基础设施建设具有促进作用。最后,元宇宙中的虚拟现实技术早已在各个层级的学校实施应用。国内本科院校早在2013年就开展了将虚拟现实技术应用于教育教学中的实践活动,虚拟仿真实验研究成果通过实验空间(www.ilab-x.com)发布,目前有3308个虚拟实验,涉及到所有的学科门类。

教育部2020年发布《关于开展职业教育示范性虚拟仿真实训基地建设的通知》,职业院校也开始了虚拟仿真实训基地建设实践,各类虚拟世界交互设备和虚实空间联结设备投入教学实践,满足学生专项能力以及岗位能力的考核与培养,积极探索创新教育实训模式。

中小学也通过虚拟现实功能教室与教育元宇宙的虚拟世界实现了交互。未来学校将更加积极地采用教育元宇宙环境拓展学生的认知空间,让教育更生动。

总的来说,目前教育领域已经先行先试,将元宇宙相关技术进行了提前布局、研究和实践。未来元宇宙对教育具有非常大的促进作用,在教育行业里元宇宙将会有非常广泛的应用。

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观点互动

主持人:教育信息化与教育元宇宙之间是一种什么关系?是重合还是边界比较清晰呢?

文福安:第一,元宇宙的应用范围是不限于教育领域,它在其他领域也有应用。第二,未来元宇宙是作为教育的一个环境,之前在大学里面已经做了很多年的研究,很多关于元宇宙的相关技术,比如虚拟现实技术很早就在大学里展开了实践活动,这些为元宇宙的构想奠定了很好的基础,将来元宇宙会在教育领域走的更快。

主持人:元宇宙会为教育带来哪些重要的变化?

文福安:未来元宇宙对教育的影响是全面的、深入的。首先,课堂会发生很大的变化。有了元宇宙后的课堂会更加逼真、直观,师生能更好地进行交互,学习主体也更具主动性。其次,从实验实训环节来看,元宇宙会使实验实训变得更高效,可以做很多现实中无法做的实验。最后,校园里面很多的场所会被元宇宙所替代,比如学生做一些探讨和交流,未来将会在虚拟世界中完成。总之,元宇宙对于学生的学习、实训、考核等会带来巨大的变化,从中小学到大学再到终身教育,都会利用元宇宙技术更好地实现其教育目标。

主持人:大家对元宇宙的看法有很大的差别或很难达成一致,原因是什么?

文福安:首先,元宇宙是未来的构想,对未来的构想产生差异是很自然的事情。其次,元宇宙涉及的面很宽,元宇宙如果理解成一个时代,这个概念会非常宽泛,它会涉及到社会的、人文的、自然的、技术的、工程的,那么站在不同角度的人会看到自己研究这个角度的元宇宙的面貌,类似于“盲人摸象”的状况,大家会看到自己熟悉部分的影子。但随着时间的推移,对于元宇宙共识的愿景将会被描绘出来,这个愿景需要产业界不断实现,最终实现成我们想象的元宇宙。

主持人:元宇宙在教育领域的应用已经达成共识的地方?

文福安:一方面,元宇宙能够在教育领域里发挥重要作用这一点是很多专家已经达成共识的。另一方面,关于元宇宙怎样在教育领域发挥更好的作用,目前有一些初步的共识。

如教育部在推进虚拟仿真技术应用于教育教学的过程中成立了虚拟仿真实验教学创新联盟组织,相关专家共同进行研究制定相关的指南、标准等。再比如在本科教育中的一些高危、不可达、不可及、高消耗的实验教学,教育系统专家们一致认为应该大力推进采用虚拟现实技术;在职业教育里面,国家支持职业院校建立虚拟仿真实训基地,有些是建立虚拟现实课堂,有些是用于开展学生素质拓展,还有些用于学生创新,学生可在虚拟环境下进行编程、设计等;而中小学推进速度稍慢,目前教育部在基础教育方面还没有发布相关的文件来推进虚拟现实技术在基础教育领域的应用。

但随着五部门关于《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(2022—2026年)》文件出台后,后续教育系统将进一步推进虚拟现实相关技术在各级各类院校的应用。总之,目前国内教育界对于元宇宙相关技术推进教育教学改革和创新形成了共识,从上到下都有积极性,目前趋势也是大量学校在尝试使用虚拟现实技术,引进元宇宙相关设备、软件和内容开展教育教学。

主持人:对教师来说进入元宇宙教育时代,会面临什么挑战?

文福安:教师面临新的环境或新的教学手段刚开始会不适应,相关教学设备存在一定的复杂性,对于教师来说操作设备有一定的难度。并且进入元宇宙门户后,有更多的操作需要教师研究熟悉,这依然会使其感到困惑。

主持人:预测一下三年之后(2025年年底)元宇宙教育会发展到什么程度?

文福安:一方面,国内大多数学校有可能引进元宇宙相关教学设备。另一方面,国内半数以上的学生有机会进入元宇宙环境中学习。未来三年学校在使用元宇宙相关设备和技术的步伐会加快。

元宇宙在未来十年会大力推进教育创新,未来的教育会发生意想不到的变化。

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