中小学教育元宇宙空间的构建及其教学应用*

2022-11-26王同聚

现代教育技术 2022年11期

王同聚

王同聚

（广州市电化教育馆，广东广州 510091）

随着新技术的迅猛发展，元宇宙快速进入社会多个应用领域，教育元宇宙应运而生。目前，我国教育元宇宙的应用尚处于初级阶段。为推动教育元宇宙在中小学校的落地实施，文章首先厘清了“元宇宙”与“教育元宇宙”的概念，然后通过对教育元宇宙的关键技术、框架设计、场景构建、教学空间等方面进行统筹规划，构建了中小学教育元宇宙空间，其架构包含基础设施层、技术平台层、智能感知层、应用展示层。最后，文章依托教育元宇宙空间，在中小学学科教学中开展了XR和“三师课堂”教学探索性实验。在教育元宇宙空间，人类教师、虚拟数字人教师和智能机器人教师以“三师课堂”形式协同授课，实现了跨越时空的师生互动交流，既能减轻教师的工作负担，也能发展学生的核心素养、提升其学习成效，有助于创新人才的培养。

教育元宇宙；虚拟数字人；智能机器人；“三师课堂”；中小学学科教学；智能技术应用

一研究背景

随着人工智能（Artificial Intelligence，AI）、扩展现实（Extended Reality，XR）、物联网（Internet of Things，IoT）、5G、区块链、数字孪生、脑机控制等新技术的迅猛发展，“元宇宙”快速走进大众视野。2021年10月29日，扎克伯格将“脸书”（Facebook）更名为“元”（Meta），“元宇宙”成为了年度流行热词，2021年亦被视为“元宇宙元年”[1]。元宇宙涉及人类社会的各个领域，既要有多学科、跨学科研究的融合度，也要有单一学科研究的精深度[2]。随着元宇宙时代的到来，元宇宙在教育领域的应用将开启“教育元宇宙”的新纪元。

教育元宇宙以技术为体、以教育为魂、以育人为本，将推动“互联网+教育”时代走向“元宇宙+教育”新时代。顺应时代发展的趋势，各地学校要积极打造教育元宇宙教学空间，让教师适应“元宇宙”教学场景，并在教育元宇宙空间开展丰富多彩的教学活动。人类教师进入虚拟空间后，将通过数字化以虚拟数字人形象行走于虚拟世界。虚拟数字人可以作为教育元宇宙形象代表，成为人类教师的得力助手和智慧伙伴；而智能机器人在AI技术的支持下可以实现语音识别、图像识别、智能感知、智能应答、智能移动等操作，并可在教室里提供模式识别、行为分析、人机交互、问题答疑等功能，亦能成为人类教师的帮手。虚拟数字人和智能机器人能够以助教的角色协助人类教师完成重复性、繁杂性、程式性、机械性的工作，因此未来的课堂教学将会由人类教师、虚拟数字人教师和智能机器人教师三元一体协同授课，以“三师课堂”形式共同完成教学任务。

目前，教育元宇宙的相关应用研究已在一些高校展开，如蔡苏等[3]在北京师范大学搭建了“VR/AR+教育”实验室，并基于VR/AR的理科虚拟实验室和文科沉浸式情境体验教学实验，开展了教育元宇宙的教学应用研究；华子荀等[4]在广东第二师范学院开展了教育元宇宙的应用实验，通过创设“图书馆”“校园”“教室”三类教育元宇宙场景，分别对应序列型指引、综合型探究、众创建构三种学习活动；刘革平等[5]在西南大学探讨了教育元宇宙在素质教育、全纳教育、职业教育、终身教育等领域的应用场景。但是，目前我国在中小学搭建教育元宇宙空间和开展教育元宇宙教学应用的研究案例并不多见。2022年，我国各地政府相继发布支持元宇宙产业落地的政策文件，其中北京市通州区人民政府、北京市科学技术委员会等印发的《北京城市副中心元宇宙创新发展行动计划（2022-2024年）》推出了一批元宇宙应用场景，其中“元宇宙+教育场景”主要用于支持“元宇宙教育实验室”“智能学校”等智慧教育试点示范建设，加快虚拟现实技术在职业教育、基础教育等不同教育阶段的应用，支持建设新型虚拟仿真实训基地、产教融合智慧云平台，推动科普、培训、教学、科研的融合发展等[6]。为落实国家教育数字化战略行动计划，有必要在中小学开展教育元宇宙和虚拟数字人实验的相关研究，以带动教育数字化转型和智能升级、创新数字资源供给模式、深化教育教学改革创新、促进教育公平和提高教学质量。为此，本研究聚焦于中小学教育元宇宙空间的构建，并开展了相关的教学探索性实验。

二 “元宇宙”与“教育元宇宙”

1 “元宇宙”的概念

目前，公认的“元宇宙”（Metaverse）概念来自美国作家尼尔·斯蒂芬森于1992年出版的科幻小说《雪崩》（），书中的主角Protagonist带着防护眼镜和耳机进入元宇宙，在数字世界中以自己定制的化身形象出现[7]。目前，国内学术界尚未就“元宇宙”的概念达成共识。例如，沈阳[8]认为元宇宙是整合多种新技术后产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态，其基于扩展现实技术提供沉浸式体验、基于数字孪生技术生成现实世界的镜像、基于区块链技术搭建经济体系，并将虚实世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合，使每个用户都可以进行内容生产和编辑；陈刚等[9]认为，元宇宙是利用科技手段进行链接、创造并与现实世界映射、交互的虚拟世界，也是具有新型社会体系的数字生活空间。当前，人们对元宇宙的探索仍处于起步阶段，因此“元宇宙”是一个不断发展、演变的概念，需要对其内涵继续进行整合、提炼、归纳和总结，使其更加贴合现实应用场景的需求。此外，“元宇宙”的概念需适合在多个领域应用，故要从技术支撑、拓展属性、人机融生、生存空间、构建阶段、主要特征等多个层面对其概念进行界定。

基于上述分析，本研究通过对多名研究者的相关观点进行梳理、归纳，提出元宇宙是基于AI、IoT、XR、数字孪生、区块链、脑机控制等新技术，将现实世界与虚拟世界进行交互融合，通过自然人、智能机器人和虚拟数字人三元融合共同参与数字社会活动，由数字孪生、虚拟货币、虚拟原生、虚实共生、虚实联动构建而成的数字化生存空间。元宇宙的出现，实现了生活空间、感官体验、视角维度、思想实践、消费空间等的拓展。

2 “教育元宇宙”的概念

“教育元宇宙”（Edu-metaverse）的研究刚刚起步，其相关理论研究成果较少。华子荀等[10]认为，“教育元宇宙”可被理解为元宇宙的教育应用，其为教师、学生、管理者等创建数字身份，在虚拟世界中开拓正式与非正式的教学场所，并允许师生在虚拟的教学场所进行互动；刘革平等[11]认为，教育元宇宙是利用XR、数字孪生、5G、人工智能、区块链等新兴信息技术塑造的虚实融合教育环境，具有虚拟与现实全面交织、人类与机器全面联结、学校与社会全面互动的特征。值得一提的是，这两位学者还根据自己在高校的工作经历，从技术、应用、呈现形式等层面对“教育元宇宙”的概念进行了解读。但是，目前国内对“教育元宇宙”的概念尚未有明确、统一的界定，需要对其概念做进一步的梳理、归纳和总结，使其更加贴近现实教育场景，以推进元宇宙在教育领域的应用。

在梳理多名研究者对“教育元宇宙”相关论述的基础上，结合七年来笔者在教学中应用VR、AR、MR的实践探索，本研究归纳“元宇宙”的概念并预测其发展趋势后认为：教育元宇宙是在AI、XR、IoT、区块链、数字孪生、脑机控制等技术的支撑下，集智慧育人空间、虚实教学体验、跨越时空交流、三师协同授课和多种教育资源于一体的智能教育教学应用场景，其通过人类教师、虚拟数字人教师和智能机器人教师三元一体协同授课，以“三师课堂”形式在现实空间和虚拟空间共同开展教学活动，能够实现人机交互、虚实交互、智能交互、情境交互、体感交互、脑机交互和师生交互。

厘清“元宇宙”“教育元宇宙”的概念后，如何在中小学校落地实施教育元宇宙的问题便提上了日程。本研究通过对教育元宇宙的关键技术、框架设计、场景构建、教学空间等方面进行统筹规划，首先从理论上构建中小学教育元宇宙空间，然后从教育元宇宙的硬件配置、资源开发、教学应用等方面开展探索性实验，以不断挖掘教育元宇宙与中小学教育深度融合的潜力，开发具有实践性和指导性的教学案例，从而为中小学教育元宇宙的理论与实践研究提供参考。

三中小学教育元宇宙空间的构建

从理论上进行设想，中小学教育元宇宙空间应是一个集教学、体验于一体的智能交互空间，由人类教师、虚拟数字人教师和智能机器人教师以“三师课堂”形式协同授课，并通过基础设施层、技术平台层进入教育元宇宙，通过智能感知层实现语音交互、体感交互、人机交互，通过应用展示层创设教育元宇宙的教学应用场景。基于此，本研究构建了包含基础设施层、技术平台层、智能感知层、应用展示层的中小学教育元宇宙空间，其架构设计如图1所示。

图1 中小学教育元宇宙空间的架构设计

1 基础设施层

基础设施层为教育元宇宙提供网络设施、软件平台和硬件设备支持，主要由互联网接入、物联网接入、元宇宙软件平台和元宇宙硬件设备组成。

①互联网接入：采用光纤网络+5G WiFi网络接入方式，确保网络畅通，是通往教育元宇宙空间的“信息高速公路”。

②物联网接入：能够实现物与物、物与人、人与人之间的连接，涉及各种传感器、感知设备、网络传输模块等。

③元宇宙软件平台：主要为教育元宇宙空间提供软件环境支持，如XR资源平台、虚拟数字人制作平台、3D建模平台、虚拟直播平台等。

④元宇宙硬件设备：主要为教育元宇宙空间提供硬件保障，如语音交互智能机器人、VR交互无人机、智能音箱、智能体感设备、智能动作捕捉设备、脑机控制设备、头戴式XR眼镜等。

2 技术平台层

技术平台层是在云计算、大数据、AI、XR、IoT、区块链、数字孪生、脑机控制等技术的支持下，主要为教育元宇宙空间提供算力、算法和数据支持。

①计算技术：为教育元宇宙提供算力支持，以支持语音控制、XR应用、机器人控制、无人机控制等软件的开发与应用，具体包括云计算、普适计算、边缘计算等。其中，云计算具有分布式存储和计算、高扩展性、高可用性、用户友好性等特征[12]；普适计算能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理[13]；而边缘计算可以缓解云计算中心的压力，提高可用性，并能够保护数据安全和隐私[14]。

②核心算法：为教育元宇宙空间提供各种智能设备操作和各种算法的支持，通过算法设计与分析，为平台各应用系统的编程提供可靠算法设计思想和算法分析基本原则，具体包括AI、大数据、区块链、数字孪生、互联网/物联网、物理引擎。其中，区块链技术可用于完善数字内容的确权，使创作的数字内容具有资产属性；而数字孪生技术以数字化的方式建立物理实体的多维动态虚拟模型，可用于仿真物理实体在真实环境中的属性、行为等[15]。

③交互技术：语音交互、体感交互、脑机交互等多种交互技术在教育元宇宙空间运行时，需要调用大量的数据作支撑。例如，在交互的过程中需要调用设备综合数据、平台基础数据、第三方应用数据、教学资源数据、过程性生成数据等多种数据。

3 智能感知层

智能感知层是教育元宇宙空间的“感觉器官”，由模式识别、感知控制两大模块组成。在AI、5G、XR、IoT等技术的支持下，人们通过眼、耳、口、鼻、脑、身实现视觉增强、听觉延伸、味觉拓展、嗅觉灵敏、意识映射和体感交互，达到智能感知、智能分析、智能判断、时空延展和人机融合的感官体验效果。

①模式识别：包括文字识别、语音识别、图像识别和人脸识别等。例如，应用文字识别，可以将文字转成声音文件或将声音文件转成文字；应用语音识别，可以与智能音箱或智能机器人进行语音交互；应用图像识别，可以扫描图片转成文字、手机拍照识别植物等；而人脸识别可用于课堂监测、校园安防、学生身份识别等。

②感知控制：包括感应控制、体感控制和脑机控制等。其中，感应控制可以通过各种传感器应用提升控制的精细化、智能化水平，如教育机器人通过超声波传感器、红外传感器、温度传感器、智能化数字传感器等感知外部环境，从而在教育元宇宙空间实现自动避障、自动测温、智能应答；体感控制是使用肢体动作与周边体感设备进行互动，如通过各种可穿戴设备与头戴式VR眼镜中的操作对象进行虚实交互、体感交互；脑机控制是用人脑控制外部设备将思考转化为行动，如利用脑机控制头环控制计算机操作，完成文本输入和文件的编辑、排版等。

4 应用展示层

应用展示层是教育元宇宙的应用展示窗口和教学应用场景，能为师生提供信息发布平台与各种教育元宇宙的应用体验。

①微信公众号/视频号：可发布教育元宇宙教学活动信息和元宇宙应用视频展示内容。

②教育元宇宙应用资源网站：展示引进或自主开发的教育元宇宙教学应用资源。

③智能机器人应用：由中央处理器、多种传感器和效果器等组成。在人工智能、大数据、物联网等技术的支持下，用于教学的智能机器人具有相当发达的“大脑”，存储了海量的各学科知识信息，能够进行人机交互对话。在教育元宇宙空间，智能机器人可担任人类教师的助教，学生遇到的概念性、知识性问题可由智能机器人来解答。

④虚拟数字人应用：主要利用智影、元娲、希壤、Snasp Camera、XSplit VCam等多种虚拟数字人平台自主开发的各类教学视频，通过虚拟数字人完成线上线下视频授课。在教育元宇宙空间，虚拟数字人拓展了自然人在虚拟空间的数字融合应用能力，可以担任人类教师的助教。

⑤XR与全息投影应用：主要放置VR/AR/MR设备和全息投影设备，分别应用于VR学科虚拟仿真实验操作、VR在学科教学中的应用、VR与智能体感设备配合应用等；AR图书、AR卡片、AR在学科教学中的应用；通过头戴式MR眼镜展示各种大型模拟实验，如智能机器人组装、高精密机械修理、动物解剖实验、危化品爆炸实验等；通过全息智能音箱和3D全息风扇屏，实现自然人与虚拟影像的人机语音交互，并在虚拟环境中让全息数字人进行学科知识答疑、才艺技能展示、学科知识教学等。

⑥体感/动捕/脑电控制应用：可以通过动作捕捉设备、摄像头与虚拟数字人平台联动，实现自然人与虚拟数字人的交互；通过智能脑机头环，实现脑机交互打字、脑机交互操作计算机、学习状态捕获、学习效率分析等。

⑦3D建模编程应用：应用UE5虚幻引擎、MetaHuman等软件，完成虚拟数字人的建模、设计、捏脸、服饰装扮等任务；可以制作高仿真的虚拟数字人，为“三师课堂”提供虚拟数字人教师资源。

四中小学教育元宇宙空间在学科教学中的应用

2015年，笔者创建“智创空间”的同时，配备了多种XR设备和AR图书资源；2016年，笔者将VR、AR、MR技术（含可穿戴设备）作为创客教育“新三剑客”[16][17]，开展了XR在教学中的应用实验研究[18]。近年来，“智创空间”又配备了全息投影设备、裸眼3D设备、交互体感可穿戴设备、脑机控制头环、物联网感知设备、教育智能机器人、脑机控制无人机等多种硬件设备，并搭建了虚拟数字人制作平台、VR资源开发编程设计平台等软件平台，在此基础上构建了教育元宇宙空间，为开展中小学教育元宇宙实验提供了有力的软硬件支持。依托教育元宇宙空间，本研究在中小学学科教学中开展了XR和“三师课堂”教学探索性实验。

1 XR在中小学学科教学中的应用

XR是VR、AR、MR等多种技术的统称。VR是纯虚拟数字画面，其主战场是虚拟世界，人们使用VR设备探索人工创建的虚拟世界，追求沉浸感；AR是虚拟数字画面+裸眼现实，其主战场是现实世界，人们使用AR设备产生的虚拟信息提升探索现实世界的能力，具有极强的移动性；MR是数字化现实+虚拟数字画面，MR与AR更为接近，都是一半现实一半虚拟影像。

（1）VR在中小学学科教学中的应用

VR是一种基于多媒体计算机技术、传感技术、仿真技术的沉浸式交互环境[19]，具有沉浸性、交互性、构想性和智能性。在教育元宇宙空间，可以使用VR设备开展中小学各学科内容的教学，如通过中央电化教育馆的“虚拟实验教学服务系统”（网址：https://vlab.eduyun.cn/）进入物理、化学、生物学、科学虚拟实验室平台，学生借助头戴式VR眼镜（如HTC、PiCO）和操控手柄，即可在虚拟空间身临其境般地使用、操作各种实验设备，进行实时交互、观察各种实验现象，如用头戴式VR眼镜探究电压与电流之间的关系、头戴式VR眼镜观察点燃镁条的化学反应等。另外，通过桌面式VR一体机，学生可以使用相关设备操作各学科的VR课件资源并进行人机交互，如利用“桌面式VR一体机+全息投影”，学生通过裸眼即可观看蝴蝶从“幼虫→成虫→茧蛹→蝴蝶”的蜕变全过程；利用“桌面式VR一体机+激光笔”，学生可以进行拆解发动机的实验，而通过对发动机的每个部件进行拆分和重新组装，学生可以直观地了解发动机的组成结构和工作原理。在教学中使用三维模型、三维仿真、三维动画等可交互式操作的VR资源，进行趣味性、直观性、应用性、沉浸式的情景再现，可以实现人机交互的教学活动和实操训练，让学生获得具有真实感和沉浸感的学习体验。

（2）AR在中小学多个学科教学中的应用

AR是基于计算机的显示与交互、网络的跟踪与定位等技术，将计算机形成的虚拟信息叠加到现实中的真实场景，以对现实世界进行补充，具有虚实结合、实时交互、沉浸体验三大特性[20]。教师在组织开展中小学各学科教学时，师生均可通过手机或平板电脑的摄像头观看AR地球仪、AR图书等AR素材提供的AR特效，并通过相关APP控制虚拟画面中的机器人做出相应动作。在智慧教室，通过AR+AI抠像，可将人物经由AI抠像提取后的影像放置到相应场景中进行情景还原和场景再现，真正实现虚拟影像叠加在真实场景的AR特效。

（3）MR在学科教学中的应用

MR是数字化现实加上虚拟数字画面，即通过在现实场景呈现虚拟场景信息，在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感[21]。MR技术结合了VR、AR技术的优势，具有VR和AR相融的双重特征。例如，教师在讲授汽车底盘模型结构时，学生可以使用头戴式MR眼镜对虚拟的汽车底盘进行组装并调试每个部件；学生在进行建筑模型设计时，可以多人同时使用头戴式MR眼镜，取得多人协同操作、实时交互、虚实互融的学习效果。此外，利用MR组织教学，还可以通过创设虚拟情境、明确探究问题、多人协同交互、拓展延伸空间来实现教学场景设计。可以说，MR缩小了真实世界与虚拟世界之间的差距，将知识体系同时朝横向、纵向方向上拓展，可以帮助学生发现更深层次的问题，并为快速解决现实问题搭建虚拟化、数字化的学习平台。

2 “三师课堂”在中小学学科教学中的应用

“三师课堂”是由人类教师、虚拟数字人教师和智能机器人教师三类教师协同开展的课堂教学，其教学模型如图2所示。三类教师虽然角色不同、分工不同，但有共同的目标，能够团结一致、三体合一，协同完成教学任务。

图2 “三师课堂”教学模型

本研究以融合人工智能技术与虚拟现实技术开发的教学案例——“语音交互悬空体感爵士鼓的设计与制作”课程为例，来介绍“三师课堂”中三类教师的授课分工。语音交互悬空体感爵士鼓是一个数字化虚拟爵士鼓，其使用语音交互、虚实交互、体感交互等方式进行演奏。制作语音交互悬空体感爵士鼓需要利用方位计、重力传感器、陀螺仪、超声波传感器、蓝牙模块、语音控制模块、控制器等多种硬件设备，并需要通过图形化语言或Python语言进行编程[22]。

（1）虚拟数字人教师：负责线上线下视频授课

虚拟数字人教师是通过虚拟形象建模、文本输入、文字识别、语音合成、自然语音处理、动作捕捉、动作设计、视频生成等多个设计步骤，生成的数字化身人物形象。笔者利用智影、元娲两个平台，制作了虚拟数字人教师——“小慧”。课前，教师只需将提前准备好的PPT课件和虚拟数字人教师要讲解的每张PPT文字内容分别导入虚拟数字人制作平台，再经过场景、人物、服饰、动作、语调等一系列设置，即可自动生成虚拟数字人的授课视频。“小慧”可以通过线上线下进行视频授课，具有真人形象和发音，有丰富的肢体语言，发音纯正而不夹带方言，讲解内容清晰、精准而不会出现口误，是帮助人类教师授课的虚拟助教，能根据PPT内容出色地完成授课任务，可以代替人类教师通过视频向学生讲解“语音交互悬空体感爵士鼓的设计与制作”课程的全部授课内容。

（2）智能机器人教师：负责知识性问题的答疑

教育元宇宙空间配置的智能机器人能够通过人脸识别技术识别学生身份，已存储了海量的各学科知识信息，能够通过智能语音交互功能进行人机交互对话，可担任人类教师的助教。笔者对具有语音交互功能的人形智能机器人经过二次设计、开发，制作了具有个性化语音交互和人脸自动识别验证身份功能的智能机器人教师——“小智”。在教育元宇宙空间上课时，“小智”的任务是为学生答疑解惑，尤其擅长为学生解答各种知识性、概念性疑难问题，且对各类概念性知识点的回答能做到解答精准、反应敏捷、有问必答、不会出错，回答问题的快捷度、精准度、知识量、记忆力等已远远超越了人类教师。学生制作悬空体感爵士鼓时，如果遇到了知识性、概念性难题，便可直接向“小智”求助——只要呼唤他的名字“小智”，他就会自动走到学生身边，用自带摄影头自动识别学生身份，并能精准回答学生所提出的问题。

（3）人类教师：负责线下现场教学活动的指导

在教育元宇宙空间上课时，“小智”“小慧”两个贴身助教可以承担大部分重复、繁重的知识性教学任务，这在“双减”背景下首先减轻了人类教师的授课负担，使人类教师可以集中精力去重点解决学生制作悬空体感爵士鼓过程中遇到的技术难题（如硬件设计制作、软件程序编写、作品联合调试等方面的难题），并让人类教师有更多的时间与学生沟通交流，引导学生完善项目设计方案，培养学生设计出创新性、智能化的优秀作品；同时，人类教师也有更多的时间去关注学困生的发展，并对情绪波动的学生及时进行心理疏导，给予情感关怀，提升心理素质，从而达到培优补差、提高学习成效、实现教育公平的目标。在教育元宇宙空间制作悬空体感爵士鼓的过程中，人类教师承担组织者、引导者、参与者、设计者、陪伴者、评价者的角色，重点培养学生的项目规划、计算思维、创意编程、综合设计、开拓创新等能力，发展其核心素养。

教育元宇宙空间为“三师课堂”提供了广阔的发展平台，而人类教师、虚拟数字人教师和智能机器人教师可以取长补短、协同工作。学生在教育元宇宙空间进行学习时，可以同时接受人类教师、虚拟数字人教师和智能机器人教师的协同授课，并根据遇到的不同问题分别向他们求助。“三师课堂”的实施，既能为人类教师减负、提高其教学效率，又能提升学生的学习成效。

五结语

通过构建中小学教育元宇宙空间，让元宇宙和虚拟数字人走进中小学日常教学，中小学师生可以直观地感受教育元宇宙的各类应用场景。通过XR和“三师课堂”在中小学学科教学中的应用，本研究将教育元宇宙空间与现实场景应用相结合，实现了跨越时空的师生互动交流，既减轻了教师的工作负担，也发展了学生的核心素养、提升了其学习成效，有助于创新人才的培养。后续研究需要进一步优化教育元宇宙空间的建设，将教育元宇宙、虚拟数字人、智能机器人技术与课堂教学进行深度融合，以推动未来教育的数字化转型和智能升级；同时，顺应人工智能时代的教育发展需要，培养智慧型、创新型人才，使教育元宇宙为师生造福，实现新技术与教育的双向促进和良性发展。

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The Construction and its Teaching Application of Edu-metaverse Space in Primary and Secondary Schools

WANG Tong-ju

With the rapid development of new technology, metaverse has soon been applied in various social fields, and edu-metaverse has emerged as the times require. At present, the application of edu-metaverse in China is still in the primary stage. In order to promote the implementation of edu-metaverse in primary and secondary schools, this paper firstly clarified the concepts of “metaverse” and “edu-metaverse”. After that, through the overall planning of key technologies, framework design, scene construction, teaching space and other aspects of edu-metaverse, the edu-metaverse space for primary and secondary schools was constructed, whose architecture included infrastructure layer, technology platform layer, intelligent perception layer, and application display layer. Finally, relying on the edu-metaverse space, this paper carried out teaching exploratory experiments of XR and “triple-teacher classroom” in the subject teaching of primary and secondary schools. In the edu-metaverse space, human teachers, virtual digital human teachers, and intelligent robot teachers teach together in the form of “triple-teacher classroom”, realize teacher-student interaction and communication across time and space, which could not only reduce teachers’ workload, but also develop students’ core literacy, improve their learning effectiveness, and help cultivate innovative talents.

edu-metaverse; virtual digital human; intelligent robot; “triple-teacher classroom”; subject teaching of primary and secondary schools; intelligent technology application