0 引 言
在全面数字化转型的大背景下，当今世界正在加速进入元宇宙时代。作为新一代虚实融合互联网应用形态，元宇宙将为人们的生产生活方式带来颠覆性变革。游戏、旅游、教育等是当前元宇宙发展初级阶段最先尝试迈入元宇宙的几个领域之一。随着元宇宙赋能教育的进程不断加速，将最终为传统教育领域带来从教育观念到教学模式等诸多方面的深刻变化。在当今这一元宇宙初阶形态的时代背景下，推动教学与元宇宙前沿技术的融合，多角度创新教育模式，探索出符合各高校各学科现实需求的元宇宙教育模式，推进具体学科领域元宇宙教育产品及应用落地是元宇宙教育发展的良好开局。
元宇宙是当前智能教育发展陷入瓶颈期、高校数字化课程设计日益落后困境的创新突破点，在教育领域已展现出巨大发展潜能。它所涵盖的 AI、AR、VR、脑机接口技术、5G、6G 等正为现实世界与虚拟数字技术的深度融合发展探索无限可能。元宇宙教育以虚实结合、沉浸式、个性化、智能化、游戏化为标签，将促进教学场景的时空延伸、教学互动的有机优化和教育资源的广泛传播。基于此，元宇宙赋能数字化课程教学模式创新的具体路径主要包括以场景化课堂强化沉浸式学习，以元宇宙社区等虚拟情境促进教学内容生产，以智能化教学系统实现个性化教学。
1 当前数字化课程面临的问题与困境
1.1 教学设计日益落后
当前，各行业加速数字化、智能化转型进程已是大势所趋，关于元宇宙这一未来主流的高阶互联网应用和社会形态的相关研究与实践层出不穷。党的二十大报告明确指出要“推进教育数字化”，体现教育数字化转型在我国教育改革中的重要战略意义。
目前我国高校数字化课程设计还基本处于传统教育模式框架中，整体缺少最新数字化教学手段的实践应用。①课程内容上，多为专业类工具教学，即绘图软件、数字视频图像处理软件、数据分析软件的使用教学，除通信、计算机等部分专业外，普遍缺乏以数字技术运用为核心内容的相关课程设置；②课堂教学实践中，线下在传统多媒体教室进行的课堂教学与线上借助慕课、智慧树等平台进行的在线教育相结合，是当前数字化教学的主要方式；③教学空间层面，ZOOM、腾讯会议等云视频会议软件的使用在一定程度上开拓了数字化教学空间，但其应用场景仍以班级会议、小组讨论为主，难以满足专业内容创作、仿真实操训练等专业化教学需求。
就课程本身而言，当前高校的数字化课程仍处于“数字”与“实体”二元对立的语境下，主要强调数字与传统手段的交叉糅合，也一直受到学科壁垒、学校壁垒的影响；课程设计因任课教师在获取资源过程中依赖平台权限及个人能力而受限[1]。
总体而言，当前高校数字化课程设计缺乏实用性、即时性，课程内容层面缺乏 AI、AR、VR、大数据、区块链等技术在相应具体行业的运用教学；现有的线上教育平台普遍存在着大众化的课程安排与学生个性化学习需求匹配程度欠佳，学习资源获取途径受限且质量参差不齐，平台系统智能化程度较低等问题，尚未形成功能健全的数字化学习交流平台；各类数字化教学空间的应用场景有限、互动性不足，学习体验感与线下存在较大差距，教学效果也相应大打折扣。我国高校智能教育大多停留在理论探索与前期规划阶段，有关各专业数字化、智能化教育的创新性设计较为缺乏。
1.2 智能教育的转型需求
针对如何实现智能教育的长足发展，有学者提到：“基于 Web2.0技术的在线教育已然步入发展的瓶颈期，二维网络技术难以支撑起学生对沉浸式学习环境、自然人机交互方式和‘面对面’社会性交互的需求，因此寻找下一个创新突变‘奇点’、推动在线教育转型升级成为占领未来教育制高点的关键”[2]。元宇宙堪为这一创新“奇点”。元宇宙赋能教育是现代教育数字化转型的主要方向，也是智能教育的发展趋势，“虚实融合”是未来智能教育的主题。高校智能教育发展要对原有的课堂教学、学生学习及管理服务进行变革，以期提升高校教育质量[3]。结合我国现有数字化教学面临的教学效果、教学范围受限等局限性，智能教育优化教学体验、提升教学效果、拓展教学空间的要求指引着我国现代教育向元宇宙教育过渡。
元宇宙作为整合各项前沿技术而生的更高级的互联网应用和社会形态[4]，为智能教育的转型带来了巨大的助力。元宇宙时代，我国数字化智能教育将迎来从育人逻辑到教育模式的深刻改变。国内外高校已经进入了元宇宙教育建设的起步阶段，开启了多元化的元宇宙学术研究和场景应用的尝试与探索。例如，佐治亚州立大学利用智能技术创新教育体系，斯坦福大学开设元宇宙“虚拟人”课程，清华大学举办元宇宙校园招聘双选会，北京大学、上海大学等高校举办元宇宙毕业典礼，亚洲国际大学（印度）和研究中心设立元宇宙综合博士学位等。元宇宙在智能教育领域的巨大潜力已经初步显露。
基于高等教育的前瞻性和责任使命，高校及各专业积极拥抱元宇宙，迎接新一轮“科技+教育”的变革浪潮，变革教育模式，适用社会人才需求，是顺应元宇宙发展的时代趋势、促进教育高质量发展的有力途径。
2 元宇宙赋能教育的内涵与创新图景
2.1 元宇宙教育的内涵
虚实结合、沉浸式、个性化、智能化、游戏化是元宇宙教育的主要标签。元宇宙教育以虚实结合为基础，沉浸式教育强化学生感知，个性化教育提升教育效果，智能化教育优化教学体验，游戏化教育激发学习热情。元宇宙时代的教育创新变革将主要聚焦教育场域、教育主体、教育资源、教学模式、教学评价 5 个要素[5]，并以此为切入点整体上实现教学场景的时空延伸、教学互动的有机优化以及教育资源的广泛传播三大突破，实现从传统课堂教育到打通虚拟世界与现实世界智能教育的转型。人工智能（AI）、区块链、虚拟现实技术（VR）、增强现实技术（AR）、大数据、云计算、脑机接口技术等作为元宇宙赋能教育的技术保障，将推动构建个性化、科学化的智能教育体系。元宇宙教育系统中，教育方式智能化、个性化，并具有高机动性；受教育者学习过程沉浸化、游戏化，且具有高互动性。
虚拟现实技术（VR）、增强现实技术（AR）、混合现实技术（MR）以及不断成熟的脑机接口技术是实现教学场景时空延伸的基础技术保障，丰富学生的视觉感知；在此基础上以人机交互为主要技术支撑的可穿戴智能设备辅助延伸学生的触觉、听觉、嗅觉等感官体验；而最新脑机接口技术将革新现实世界与虚拟数字世界的交互方式；通信网络技术（5G/6G）、大数据、云计算、人工智能技术凭借强大的算力，结合 VR 技术助推教学互动的有机优化；区块链、数字孪生技术则进一步破除信息传播的障碍，有力推动教育资源的广泛传播。
2.2 元宇宙赋能教育的创新图景
1）推出元宇宙教学应用及产品。
清华大学发布的元宇宙产业报告中将元宇宙归纳为对人类生存维度的拓展以及对人类感官维度的延伸与扩展。基于此，推出元宇宙教学应用及产品以构建虚拟世界、塑造特定情境、延伸学习者的感官，是元宇宙赋能教育创新的首要路径。元宇宙教学系统使学生在虚实结合的元宇宙世界中感受沉浸式、游戏化的学习体验，虚实联动的课堂、虚拟教师形象可以帮助学生深入理解专业知识，个性化的学习方案、自由的创作空间、超越真实的数字世界将培养学生创作热情和创新思维。这些教学应用及产品将在极大程度上冲破现实社会的阻碍，重塑教育形式。
2）加强元宇宙与各学科联合人才培养，推动学科建设与元宇宙本身的双向发展。
一方面，各学科与元宇宙相关企业联合培养复合型元宇宙人才，满足各类企业及元宇宙技术市场的人才需求；另一方面，通过校企合作降低高校元宇宙开发成本的同时，提升学生实践能力以及学生作为个体在元宇宙系统内的创造力。
3）推动教育资源公平化分配与学习型社会构建。
元宇宙教育创新有助于海量学习资源的储存、整理和传播，在虚实结合的空间内实现大范围共享虚拟仿真实验实训资源。学习者可以通过各种形态的终端产品在任意时间任意地点参与学术讲座、学术研讨会议、教学课堂、职业技能实训等各类教育活动，以更低的成本获取更丰富、优质的学习资源以及更多形式的学习体验，革新知识及学习资源的获取途径，极大程度上弥补传统教育在资源分配上的缺陷，提升学习资源的质量和传播效果，促进教育公平，加快学习型社会的构建，实现全民终身学习这一元宇宙教育的最终目标。
3 基于元宇宙的数字化课程设计创新
3.1 增设元宇宙技术应用课程和交叉专业
（1）高校各专业当前的数字化课程多以数字化技术为工具，将其运用于教学实践与教务管理中，在课程内容上强调实用性，主要聚焦数字化时代各产业发展生态、各学科数字化转型理论、数字软件使用技能等，缺乏关于元宇宙时代发挥重要作用的 AR、VR、大数据等智能技术本身的学习，阻碍学者及师生在教研过程中探索元宇宙时代的前沿技术以及具体学科所涉领域的进一步融合与产业化应用。关于各专业元宇宙课程内容的设计有美国沃顿商学院的元宇宙相关课程作为参考，主要包括具体的元宇宙商业化运用案例介绍、元宇宙基础技术与数字工具（如 VR、AR、区块链、NFT 等）介绍、元宇宙应用的沉浸式活动体验等。在各专业开设元宇宙技术应用课程，提升学生元宇宙知识储备和应用能力，引导剖析元宇宙变革社会生活的作用机制，促进学生对元宇宙社会的深度理解。
（2）高校各学院内增设“具体专业+元宇宙”相关细分专业，培养把握元宇宙产业本质、掌握元宇宙基层技术、具备丰富的具体学科知识技能的跨学科人才，将有助于完善元宇宙人才培养模式，丰富元宇宙人才储备，及时联动元宇宙及各学术领域的最新前沿研究，推动理念、技术等方面的学术突破到产业应用的高效转换。
3.2 开办专业类元宇宙实训课程
有学者认为，教育元宇宙可以“通过实践应用驱动理论创新、技术创新，助力教育元宇宙可持续发展”[6]，在当前元宇宙实践与技术发展水平不匹配的情况下应适当开设元宇宙应用试点，为案例教学积累素材。校企合作是实现教学资源、元宇宙产业最新信息共享，创新企业项目运营形式的同时为学生提供实践平台、培养实操能力的双赢模式之一，因此，以校企合作的形式推动元宇宙教育应用及产品落地，通过参与元宇宙实践项目培养学生专业能力也可以作为基于元宇宙的数字化课程设计创新方向。
庞大的元宇宙系统的开发、运行和维护涉及广泛的多方合作，元宇宙系统的有序运行也需要法律、金融、管理、教育、文化等多元领域的支持，这为校企合作推进不同专业领域探索元宇宙提供了契机。加强校方同社会各单位的元宇宙项目实践合作，将高校元宇宙研究所以及各事业单位、企业的元宇宙实验基地做为主阵地，以实训课程的形式组织学生全程参与元宇宙探索项目，可以深化学生对元宇宙世界运行逻辑的理解，培养学生元宇宙应用能力。这些探索与尝试也可以作为高校元宇宙课程的教学案例，为完善课程内容与相关领域学术研究提供参考。
4 数字化课程的元宇宙课堂教学
4.1 VR、AR、人机交互技术：场景化课堂与沉浸式学习
VR、AR 以及不断发展的人机交互技术在教学层面的运用是推动教学场景时空延伸的关键，学生得以同虚实结合的世界展开互动，主要分为以下两种应用场景。
1）传统课堂场景。
元宇宙在传统校园内真实存在的课堂中，主要通过 AR 技术等实现虚拟世界向现实世界的延伸。教育元宇宙对教育场景的创新主要涵盖沉浸式教材、形象化教师和虚拟化教室 3 部分[7]。
元宇宙时代，各专业传统教室、实验室演变为虚实共生的教学空间，以听觉、触觉、嗅觉等形式表达的沉浸式教材以及符合具体专业课程情境的虚拟教师形象通过全息投影、裸眼 3D 技术生动呈现。通过运用 AR、VR 技术设备，教学现场可以展示难以移动的大型机械设备、建筑、文物、艺术品等，或通过全息直播连接远程教育场所[6]；历史人物、各行业知名学者、科研人员、虚拟偶像、IP作品受欢迎人物的虚拟形象能够全程参与学生互动，营造生动有趣的元宇宙课堂。
这些高度仿真、游戏式、沉浸式的学习体验有助于强化学生的情境感知，扩大课程内容对学生的吸引力，激发学生对专业内容本身的兴趣，可以预见寓教于乐的元宇宙课堂将显著提升教学效果。
2）元宇宙虚拟课堂场景。
2023 年 9 月 8 日，工信部、教育部、文旅部、国务院国资委和国家广电总局五部门办公厅联合印发的《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023—2025年）》明确提出“推进构建虚拟教室、虚拟实验室等教育教学环境”。元宇宙虚拟课堂是元宇宙世界内部数字形态的虚拟课堂空间，以 VR、数字孪生为基础技术支撑，允许位于世界各地的师生聚集在同一虚拟空间内完成授课。
目前，部分世界著名高校已开启相关尝试，如斯坦福大学已于 2021 年开设元宇宙课程“Virtual People（虚拟人）”，可作为国内设计元宇宙虚拟课堂的参考模式。师生在此场景中将拥有属于个人的虚拟数字分身，通过 VR 交互设备控制数字分身的行动，具有高仿真性和强互动性。
由于不受物理空间的各方面限制，元宇宙虚拟课堂得以通过灵活的课程安排、多样的课堂教学道具以及专业化的场景模拟能力加深课堂沉浸感和体验感。①教育元宇宙可以运用数字孪生技术生成镜像世界[8]，让学生近距离观察天文地理奇观、自然现象、生物活动，体验各国社会人文风俗，通过动态 3D 模型学习数学知识、探索物理规律[6]等。②在元宇宙课堂内，教师可以根据具体的课程内容安排需要，选取不同场景开展专题教学，设计具体情境以供学生进行活动或实验模拟，如虚拟经营活动、化工实验以及医学类专业的手术模拟、人体解剖模拟等[9]。③元宇宙虚拟课堂中还可以引入虚拟同学、虚拟教师等虚拟形象与师生互动，担任陪伴者、课堂助手等角色，充分关怀每一位学生。
4.2 互联网、物联网、区块链技术：释放内容生产力
高速、低延时、大规模的网络技术允许学生在更多样的情况下接入元宇宙校园及课堂参与学习交流[10]，从而维护师生参与教学的即时性，提升知识内容信息传播的速率，扩大其传播范围。互联网与物联网整合数字形态和物理形态的各类教学设备、专业工具和学习资源，提升学生的学习创作的便捷性以及学习创作效率。
在快速迭代发展的网络技术的支持下，元宇宙虚拟世界具有去中心化、开放性、交互性、可编辑性等特征。用户可以自由地在元宇宙世界中进行内容生产，同时是内容的生产者、消费者和平台服务者[11]。学生在元宇宙世界中能够自由构建所需要的学习情境，进行项目协作、课程安排的自适性调整，最大限度满足自身的个性化学习需求；以极低的成本使用虚拟世界中的数字化设备、工具、材料等资源，自主设计完成课程实验、创作数字化作品。这一颠覆式的学习形式赋予了学生更大的创作自由和能力，将极大增强其学习创作的动力，调动其内容生产积极性。
此外，未来在元宇宙世界中极可能诞生的虚实融合的元宇宙学习社区将作为超越课堂场景的交流合作平台，此前已有交互式虚拟学习社区 Sloodle 作为雏形[12]。此类平台将消解传统的线上、线下教学互动的边界，允许教学参与者随时随地以元宇宙系统的新身份进行学习内容交流、实践合作、教学资源共享，促进不同文化、不同学术背景学生间的交流合作与知识成果共创共享，创新思维、提升创造力，是元宇宙教育实现教学互动有机优化的重要一环。
元宇宙世界中，互联网、物联网技术共同作用促进虚实联动，激发教学活力；区块链技术则凭借其信息不可篡改的基本属性，进一步释放教学、教研活动中的个体内容生产力。区块链技术以其去中心化、开放性、信息不可篡改、匿名性的特征，对保障教育元宇宙系统稳定、高效、确定、透明运行具有重要作用[13]。通过区块链认证机制，元宇宙世界教育内容及教育过程中的知识成果能有效得到版权保护；其衍生的 NFT 技术将促进知识内容和学生创作成果的数字化传播与分享，不断增强元宇宙教育领域内容生产力，完善元宇宙教育系统内认证保障机制的同时促进教育产业的繁荣发展。
4.3 教育大数据、人工智能技术：个性化教学与智能化教学管理
大数据和人工智能技术是元宇宙教育系统实施个性化教学、智能化管理的技术支撑。线上线下融合的教学管理系统是元宇宙课堂教学的重要配套设施，也是开展教育大数据的主要根据地之一。教学管理系统配合大数据技术，旨在全面搜集并分析课堂内容数据、学生的平时作业与测验数据以及其他各项学习活动的全程数据，挖掘数据潜能进行学生综合能力的多维评价，识别学生个体在学习过程中展示出的优劣势，因材施教确定个性化教学目标，分配下一阶段的学业任务，根据个人学习能力等个性化特征定制教育计划[14]，引导学生进行学业规划，以数据为基础构建全方位、精准化、个性化教育体系。
教务管理评价与智能化教学成果反馈是大数据和人工智能技术的另一个主要应用场景。数字化教学管理系统可以全程记录教学过程，结合所搜集的学生、校方及教育行业的各方面数据，运用高算力的人工智能技术，一方面对比学生个体前后学习表现，总结学生能力提升与思维训练的完整过程，为学生提供及时反馈；另一方面提供智能化日常教务管理服务，辅助教师教学的复盘工作，推动教学任务的高效执行，综合评估教学效果供教师作为调整教学计划、改进所授数字化课程内容及形式的参考依据，根据学生普遍反映的现存问题为教师及校方提出教学改进建议等。
此外，自 2022 年末开始在全球范围内掀起热潮的 AIGC 技术作为 AI 技术的高阶形态，正在重塑元宇宙虚拟空间的内容生产模式。教育领域，生成式 AI 开始用于提升虚拟教师、虚拟学生的智能化水平，AIGC 对促进智能化教学的重要性已经显现。可以预见，元宇宙将作为载体，激发 AIGC 在教育领域的巨大潜力，进一步满足学生在知识获取与内容创作层面的多样化、个性化需求，优化学生个体的智能学习体验。
5 结 语
当下的元宇宙尚处于初级阶段，技术的不断完善是一个持续的、长期的过程，元宇宙赋能数字化课程教学模式创新的理论、实践以及规模化应用也将随着技术发展而不断完善。元宇宙俨然已迈出赋能教学模式创新、变革教育生态的第一步，我国高校各学科的教学设计也将顺应世界教育的智能化浪潮，开启教育元宇宙领域的全面实践探索，发掘元宇宙时代互联网与物联网、人工智能、虚拟现实与增强现实、区块链等智能技术在变革数字化课程设计等教育层面的应用价值，加强学科建设，提升教学质量，维护智能教育的可持续发展，构建开放、公平、优质的未来教育体系。
然而，当前元宇宙教育面临着相应管理机制尚待健全，虚实世界数字孪生相关的道德伦理问题尚未明晰，资本无序涌入干扰元宇宙行业发展进程引发泡沫等困扰，需要教育工作者在以积极的态度迎接元宇宙的同时重视元宇宙世界背后的风险，保持批判与反思，加强引导以削弱虚拟世界对学生的负面影响，保障学生身心健康发展。
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作者简介：朱若菡，女，中国传媒大学硕士研究生在读，研究方向为数字文化产业管理，1804254155@qq.com；臧志彭（通信作者），男，同济大学教授，研究方向为文化元宇宙，zangzhipeng168@126.com。
引文格式：朱若菡,臧志彭.元宇宙教育:数字化课程教学模式创新[J].计算机教育,2023(11):69-74.
转自：“计算机教育”微信公众号
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