指向工科学生创新素养培养的教育元宇宙：技术路向与因应策略

侯浩翔?王旦

摘 要：促进工科学生的创新素养提升是我国应对“卡脖子”难题和实现科技创新的必由之路。承袭数字化的技术理念与游戏化的设计思维，教育元宇宙呈现出沉浸式虚实交互体验、多元化技术高度融合以及趣味化探究的特征，在促进工科学生创新素养培养方面具有显著优势。在教师的组织设计引导下，创设虚实交互的学习环境，激发工科学生创新思维发展；应用多元融合的数字孪生技术，提升工科学生创新实践能力；发挥元宇宙游戏化、趣味化的技术属性，助力工科学生创新精神品质养成。为发挥教育元宇宙对工科学生创新素养培养的支持作用，提出建立教育元宇宙协同发展体系，革新教学模式并推动教师教学能力提升，借鉴虚拟学习场景数据反馈，完善学生创新素养评价机制，明确虚拟身份准入认证规则，化解师生隐私安全风险等因应策略。

关键词：教育元宇宙；创新素养；工科学生；数字孪生；沉浸式体验

适应建设世界重要人才中心和创新高地、克服“卡脖子”难题及关键核心技术领域的现实需求，创新人才培养成为我国教育高质量发展的重要事项。培养大批具有科技创新素养的工程学科人才成为我国实施创新驱动发展战略、实现高水平科技自立自强、打赢关键核心技术攻坚战的必然路径。传统的课堂教学满足于知识的灌输、应试能力的培养，与探索求新的创新素养培养相抵触。元宇宙、人工智能、大数据分析等数字化技术日益深入学习环境中，成为区别于传统课堂教学场域的最明显特征，与强调创新创造、实践操作的学生创新素养培养具有本质上的联系。特别是在新冠疫情期间，虚拟仿真、虚拟现实设备等元宇宙技术在工程专业课程教学中发挥了重要作用，保障了正常的工程教学实践。为应对现代科学技术发展的时代背景，麻省理工学院于2017年启动实施新工程教育变革计划（New Engineering Education Transformation，NEET），旨在重新构建本科工程教育，利用智能机器、物联网、新型材料设计与制造、智慧城市、AI（人工智能）驱动的医疗诊断等基于项目的课程建构（Project-Centric Curricular Construct）体系，改变传统以机械、化学、电气为主的工程教育课程形式，使工科学生的发明创造、创新思想、批判与元认知发展等11项创新能力得以提升。可见新兴的互联网技术已经成为变革工程教育教学方式、推动工科学生创新素养提升的重要支撑。

元宇宙是第三代互联网技术的新型發展形态，融合了全息讲台教学、远程拟真教学、镜面互动教学等虚实相通的协作教学平台，引入全息投影膜和佩珀尔幻象（Peppers Ghost）等全息显示技术等多项技术应用，将多元化前沿技术融合为终极数字媒介，链接虚拟世界并复制现实场景，基于主体、场景、技术等要素构建人机交互、虚实相融、具身沉浸的全息镜像空间。区别于其他教育数字化技术，教育元宇宙以其沉浸体验、虚实交互等技术优势吸引学生的学习兴趣，使学生在虚拟场景创设、实践活动参与中提升知识学习效果，促进思维发展和实践能力锻炼，并在趣味化、互动式的过程中培育持久坚韧的创新精神品质。为明确教育元宇宙支持工科学生创新素养发展的具体指向，本研究首先明确以下几个问题，即：教育元宇宙的内涵界定与技术特征如何概述？工科学生创新素养的维度结构包括哪些？教育元宇宙如何促进工科学生的创新素养培养？在此基础上，提出支持工科学生创新素养培养的教育元宇宙发展路径。

一、教育元宇宙的内涵概述与技术特征

元宇宙概念并非源于学术创造，最早出现在1992年尼尔·斯蒂芬森（Neal Stephenson）的科幻小说《雪崩》（Snow Crash）中，小说中的人物化身为虚拟角色并在3D环境中活动，这种虚拟环境被称为“Metaverse”，即存在于现实之外的虚拟现实。元宇宙的概念产生以后，社会各界对其进行广泛的研究和探索。2006年，元宇宙加速研究基金会（Acceleration Studies Foundation，ASF）公布了元宇宙的发展路线图，提出元宇宙的具体概念及类型，包括虚拟世界（Virtual Worlds）、镜像世界（Mirror Worlds）、增强现实（Augmented Reality）和生活记录（Life logging）四个关键组成部分。增强现实空间构成元宇宙的子集，形成虚拟环境与现实环境之间的“十字路口”。2008年发布的索利普斯（Solipsis）白皮书，介绍了使用对等拓扑创建大型虚拟环境系统的开源架构，可以通过用户界面访问的虚拟世界大规模基础设施，将2D和3D结合到沉浸式互联网中[1]。利用3D虚拟世界或元宇宙组成的大规模集成网络，可以综合调动人们的视觉、听觉和触觉沉浸式真实感受，成为与人类社会并行的虚拟世界[2]。教育元宇宙体现了数字化的技术哲学理念与游戏化的设计思维，其显著优势是为师生创设一种沉浸化的教学活动空间，赋予相关教育参与群体数字化身份，延伸正式与非正式的虚拟教学环境，发挥虚拟技术的交互性、视听性、持久性和沉浸性的优势，为师生打造现实世界与虚拟环境相互联通的教学场域。结合教育元宇宙的虚拟现实等技术，由松散连接的信息、格式和VRML、X3D等数据标准集合，生成侧重于跨虚拟世界环境传输三维模型。从教育元宇宙的技术路径出发，教育元宇宙既承接了虚拟现实、人工智能等技术优势，又适应了数字孪生、全息技术等新型技术的发展趋势，呈现出沉浸式学习体验、高度技术融合和趣味化等显著特征（见图1）。

1．遵循具身认知的技术范式，彰显沉浸式虚实交互的特征

基于具身认知的沉浸式教学体验，成为教育元宇宙支持下课堂教学的新形态，将学生的身体感知和沉浸交互体验作为教学过程中的重要考量，有助于提升学生的知识学习效果及认知发展。具身认知理论历经梅洛·庞蒂（Merleau Ponty）、威尔逊（Wilson）等人的系统建构，注重身体感受与经验对认知提升的作用。梅洛·庞蒂以知觉现象学为依据，认为世界并非是由概念构成的存在形式，而是在身体的支配下介入世界并作出反应，身体作为人与外界沟通的媒介，身体的感知要远胜于符号运算的效果[3]。身体不仅为认知发展提供了源泉，还影响着认知的内容生成与发展方向。威尔逊（Wilson）更加明确地指出“活着的心智”（Mind on the Hoof）是依赖于认知和环境的实时交互产生的，离线认知（Off-line）是以身体作为基础，脱离环境的心灵活动也是和环境共同作用之后的工作机制[4]。在教育元宇宙的技术支配下，同样遵循具身认知的理论范式，沉浸体验的元宇宙技术与教育用户的身体、大脑以及环境相联系。吉尔伯特（Gilbert）将虚拟技术概括为五个方面的特征，分别是具有3D图形界面和集成音频，支持大规模的多用户远程交互，即使没有联结特定用户也能够持续运行，环境及多感官现实主义创造了“身临其境”的存在感，提供个性化的内容创建工具及虚拟化体验[5]。利用具身化的、交互式的虚拟现实技术，沉浸式的学习场景能够为学生提供更加真实的感受，对学习内容进行分解式、条理化呈现；结合智能技术的信息捕捉，及时识别并掌握学生的学习动态和身体表现，精准化地提供教学反馈；寓身于境的具身化学习场景，使学生能够在与协作对象的交互中开展知识内容学习。

2．集成迭代技术发展层次，呈现高度的技术交融特征

元宇宙体现了高度的技术整合性特征，发端于数字游戏平台与数字货币等集合式硬件技术，在5G网络配置、沉浸设备、访问与展示类设备、生物数据采集设备的基础支撑下，呈现数字孪生、虚拟原生、虚实相融的技术发展层次。第一，元宇宙对于高端算力的需求，随着云计算的应用成熟而为算力集群提供了更多边缘计算资源，进一步减轻了个人终端的计算压力，促进终端设备向便携化、高性能与并行化的方向转变。第二，脑接口（Brain-Computer Interface，BCI）技术可以借助于虚拟现实和扩展现实终端赋予受教育者相对局部的感官体验，实现一定程度上的脑机结合和感官交互共享。从人脑的运行机制来看，人们的所有感官接触与行为反馈都是由大脑进行的信号处理，BCI可以直接通过人脑与技术装备之间建立联系，从而对大脑特定区域完成刺激后进行沉浸式的感官体验。第三，云计算为元宇宙提供了充分的算力基础，是用户之间开展信息交流互换及通信的有效平台，但对高性能的客户端也提出了较高要求。网格模式下的OpenSim服务器支持构建分布式游戏环境，在登录时间与远程传输方面均具有一定优势，能够在开源软件的支持下对服务器进行定制，使Second Life的兼容性得到保证。此外，OpenSim服务器以独立模式和网格模式同时运行并轻松构建虚拟世界，可以将其作为三维展示工具在课堂环境中使用。第四，区块链可以为虚拟世界中的资产提供数字所有权证明，区块链加密技术可以提供众多关键功能来填补元宇宙中缺失的非同质化代币（NFT）[6]。NFT为教育元宇宙创设了无缝衔接的支付规则及结算系统，对教育数字资源加以标记和确认，维护师生数字化学习过程中的身份识别、数据记录、隐私保护等权益。

3．整合游戏化工程教育理念，赋予探究过程的趣味性特征

元宇宙结合游戏化教育活动设计，在提高学生学习积极性及沟通合作能力方面效果显著。工程教育游戏属于一种寓教于乐的教学活动设计，借此可以创建沉浸式的游戏场景，在激发学生创新意识、团队协作能力和自主性学习方面均具有积极作用[7]。结合工程教育游戏化设计和元宇宙技术，则进一步增强了工程教育游戏的沉浸式体验和趣味性，伊斯坦特（Estudante）等利用元宇宙开展教育逃脱游戏，使学生在学习学科知识时进入知名学者索尔维（Solvay）的实验室，学习化学反应平衡、摩尔质量概念等原理，借助于增强现实技术，该设备可以广泛应用到普通教室[7]。在利用教育元宇宙创建的学习环境中，文化背景、空间布局、虚拟任务和组织机构的设计既与现实场景相类似，又呈现出数字孪生、智能互联的虚实一体化特征。工科学生和其他参与者共同探索虚拟空间，开展趣味性、接近真实的游戏化学习活动。例如，Zepeto是基于3D头像的增强现实虚拟形象服务，使用面部识别、增强现实和3D技术创建虚拟头像与其他用户开展交流，用户通过智能技术自定义个性特征、面部表情等，进入教育游戏开展角色扮演。Roblox是世界上最大的多人在线游戏创作平台，越来越多的用户使用虚拟现实技术制作游戏或应用他人制作的游戏，用户可以从游戏制作的过程中获得Robux和Tix两种虚拟货币。特别是在新冠疫情背景下，Roblox和Zepeto等元宇宙技术为无法外出的人们提供了新的社交空间，学生则在Zepeto系统中的“教室地图”中开展学习活动[8]。在这些电子化游戏中，综合采用了交互式、虚拟化、沉浸式的技术设备，涵盖了工程、技术等多种学科，利用增强现实技术将网络游戏和现实世界相结合，便于工科学生在虚拟仿真世界中增强创新创造的兴趣和信心。

二、工科学生创新素养的维度结构

创新素养概念起源于现代创造力理论。20世纪50年代，吉尔福特（Guilford）率先提出现代创造力理论，在学术领域掀起“创造力研究”的热潮。特丽莎·阿玛贝尔（Teresa Amabile）在创造力研究领域取得卓有成效的研究成果[9]。在她提出的创造力结构模型中，指出创造力是由领域技能、创造技能和任务动机构成。领域技能是特定领域中所需的知识、行为准则、技能的操作技能等；创造技能是指创新创造过程中以及实践问题解决中所需的创造性思维、认知能力和敏锐度；任务动机则是个体对从事创新活动所秉持的态度及相关心理反应。林崇德对创造性的实质进行总结，认为是个体对知识经验及思维材料的高度概括，随后进行集中且系统的迁移和新颖的组合分析[10]。从以上界定可以看出创新实质上是学生全面发展的结果，是学生潜能迸发和积极开拓创新的结果，工科学生的创新素养表现为一种创新的思维方式、创造性的问题解决能力和实践能力以及相应的精神品质，在解决问题或设计创意产品的过程中表现出来（见图2）。

第一，创新思维，即工科学生思维上的灵活性、敏锐性、发散性、独创性、流畅性等，是创造力的智能系统。创新思维对创新行为具有思维上的引导性，正如爱因斯坦（Albert Einstein）所说的“提出问题通常比解决问题更重要”和“提出新问题、新可能性，从新角度审视问题，需要创造性的想象力，这也标志着科学的真正进步”[11]。工程创新思维与工科学生的创造性活动相联系，能够将有条理思维和无条理思维相结合，为产品开发与项目解决方案的探索提供了思维基础，工程创新思维的培养是工程学导论课程中的重要环节。具有创新思维的工科学生能够应用包括类比、批判性思维、思维导图、逆向思维以及独特的思维观点，促进了工程技术的创新，创新思维培养也是工程教育的重要目标。

第二，创新实践能力，指工科学生主动获取信息资源、操作应用工具、统筹安排解决复杂事务的能力，属于创造力表现的工作系统。具体涉及问题的识别、归类、建立联系、提出解决方案、评估进度、探索新知等要素。从认知心理学的角度来看，创新过程同样表现为解决问题的过程，解决问题的能力和创造力密切相关。Santos等人在研究中设计了智能化的实验室环境，旨在通过互联网信息技术提升工科学生的创造力[12]。学生在此环境中，能够按照既定的模型设计产生新颖观点、包容开放和勇于探索等创造力的相关要素。问题解决能力被视为工科学生创造力的重要组成部分，尤其是当他们面临开放式问题、案例研究等，要求個人发挥更高的认知、分析、综合能力，并对解决实践问题的方案与经验进行重组，从而激发学习者的创新实践能力。

第三，创新精神品质，是指工科学生具有强烈的动机、好奇心、求知欲、主动性、不畏挑战等品质，属于创造力的动力系统。为了使工程专业的学生做好迎接未来的准备，应当帮助他们发展创新创造的思维及实践能力，并将敬业精神、责任感等内在品质列入培养指标要素。创新精神品质被认为是创造力的根本，是确保创新活动得以持续开展的决定性因素。在丰富的知识经验基础上，如果个人始终对从事的创新实践保持积极乐观、充满好奇心、努力探索未知之境，便可以使知识转换为创新思维与能力。恰恰是这种难以衡量、容易被忽视的非智力因素，正是决定工科学生创造力发展的重要变量。

三、教育元宇宙助推工科学生创新素养发展的技术路向

从教育元宇宙的技术特征出发，为工科学生的沉浸式学习体验和参与虚实交互的教学过程创建了特定场景，高度融合的技术应用与趣味化的教学设计使工科学生拥有创新创造的实践机遇，在虚拟的、人机交互式的实践活动参与中培育个人的创新精神品质。可见教育元宇宙与工科学生的创新素养培养具有内在的天然联系，强调工科学生在实践操作、技术应用等过程中得到创新素养的提升（见图3）。

1．应用全息沉浸式交互学习系统，促进工科学生创新思维提升

元宇宙能够为教育用户的思维表象化提供虚实交融的学习环境，用户以元宇宙中的沉浸式学习系统及可穿戴设备为依托，在三维虚拟世界中创造并交易虚拟产品，将个体的创造性思维转化为有形或者无形的产品，表征为复杂性思维、创新观点向具体化产品的显现。基于元宇宙的创造性思维教学可以增强学生解决问题的创造力，借用比尔（Bill）等人提出了三种基于网络的创新思维教学原则，分别是“致力于思维的教学”（Teach for Thinking）、“思维的教学”（Teaching of Thinking）和“关于思维的教学”（Teaching about Thinking）[13]。其中，“致力于思维的教学”旨在利用元宇宙改善学校和教室环境，以促进思维发展；“思维的教学”目的在于借助虚实交互的教育元宇宙技术，在教学活动中提高工科学生的思维能力和相关策略；“关于思维的教学”是在虚拟现实的情境交互中，帮助工科学生感知个人和他人的思维过程，并将这种认知过程应用于日常生活和解决现实问题。

教育元宇宙在促进工科学生创新思维发展方面具有较大潜力，虚拟现实允许学习者与他人或者物体互动，为观察、探索和主动学习提供了模拟情境。虚拟现实在各种教学尝试和实践中创建了形象化的环境，结合3D动画、文本和语音可以增强学生的注意力，发展批判性思维。此外，教育元宇宙还可以激发工科学生的想象力，形成各种可行的、独特的、新颖的创新观念。如在航空制造实验教学中，教师借助虚拟现实技术与实物实验平台，可以为工科学生创造沉浸式和交互式的飞机装配实验教学场景，该系统能够使工科学生在三维虚拟现实环境中模拟配件的装配和对接，在教师的支持下开展探究性学习和专题化演练，借此提升工科学生的创造性思维。

2．结合多元化数字孪生技术，提升工科学生创新实践能力

多元化数字化技术整合的教育元宇宙，有助于推动以知识符号为主导的课堂知识向问题驱动、任务导向、多元融合及知识迁移的情境知识学习环境转变，由此触发工科学生创新实践问题解决能力的发展。创新实践要求工科学生从多重角度对问题进行思考，能够灵活地从不同解题方法的寻找中找到相适应的做法，从而独创性地提出新颖的问题解决策略。巴拉塔（Barata）等对数字游戏和虚拟技术相结合的教学环境进行试验，研究发现虚拟技术提供了场景化的学习环境，便于学生创造、探索和交流。通过混合虚拟环境可以提高学生的自主性、创造力，在课程中加入虚拟环境Avatar World，这个虚拟环境随着学生的评分而增长[14]。研究结果表明，即使学生利用少量时间在虚拟世界中进行学习和开展游戏，他们也具备了执行创造性任务的能力。

元宇宙为工程教育打开了探索实践空间和新型拓展领域的大门，创建了更多的资源及空间供工科学生进行创新实践活动，使主体的社会实践能力转变成虚拟产品或现实存在。在教育元宇宙技术支持下的工程实验教学架构中，涉及基础设施层、数据信息层、功能软件层和采集交互层，能够实现实验教学的情景化、实时监测、多维交互和全面评价[15]。在操作验证类实验、设计优化类实验等常规实验教学中均可以发挥效用，如英伟达Omniverse汽车生产模拟平台，并基于实践操作的数据反馈进行自我评价，在项目化、协作式的实验教学中实现工科学生的创新实践能力提升。除了提供数字孪生技术以促进学习者的创新能力发展的物理空间，元宇宙技术应用程序本身也可以为创造活动提供环境，包括虚拟现实环境和交互式社区成为创造性协作空间，培养工科学生参与复杂场景中的问题解决潜力。

3．秉承趣味化的技术属性，助力工科学生创新精神品质养成

元宇宙本身具备“育乐”（Edutainment）的内在属性，将游戏化学习与生活方式相结合，为学生创建数字身份并在虚拟的环境中进行知识探索，创设趣味化、交互性的学习条件。在多模态交互技术的支撑下，学生视听触觉等多种感官体验得以调动，并模拟师生之间的社会交互行为。这种交互行为能够摆脱指令执行与图形界面的约束，采用更加自然交互（Natural User Interface）的行为逻辑，更加注重前馈自适应的主动交互。与传统的互联网协作平台相比，沉浸式的元宇宙提供了更加丰富有效的线上协作平台，便于在学习成员之间创设便捷的交往情境。例如，元宇宙虚拟环境中的师生可以通过手势、注视等方式增加沟通交流的有效性，并借助形象化和交互式的虚拟对象以提高教学任务的性能，进而创建更丰富的协作环境。

学校可以创建交互操作、团队参与的虚拟学科实践空间，利用游戏化的故事情节、任务挑战、排行榜或赢得徽章等方式，为激发学生的头脑风暴以及团队协作精神提供支撑。虚拟的学习环境是培养学生创新精神品质的重要场景，通过交互式模拟来应用沉浸式虚拟环境，进而增强学生的学习体验。基于虚拟现实实验教学的创新实践平台，能够实现场景内的模拟库配景模型任意摆放、使用更加丰富的模型库以及动态物体运动轨迹的自定义；建设AR、VR与无人机技术的创新驱动实验平台，支持无人机制式图片的智能识别、轨迹智能建模等功能于一体的增强现实实验系统[16]；在教学资源库中则进一步构建学科竞赛与毕业设计的OR系统，实现多人虚拟沉浸式教学、无人机航拍建模应用。可见富于探索性和趣味性的虚拟任务成为释放学生创造潜能的有效方法，學生在此过程中沉浸于学习活动及产品创设，可以自由地提出创意观念，探索并评估设想，培养创新创造的精神品质。

四、支持工科学生创新素养培养的教育元宇宙因应策略

教育元宇宙背景下的工科学生创新素养培养是一项系统工程，要求各级各类教育体系形成合力。其中政府部门主要为教育元宇宙提供基本的制度保障和资源支持；学校根据创新人才培养目标或规划纲要开展教育元宇宙教学实践，提升教师的技术应用能力并革新教学模式；企业、科研机构等能够为学校的元宇宙教学提供智力支持和专业化培训。在多元主体协作的支持下，辅助学校设计元宇宙技术与学科相整合的课程资源，建立与教育元宇宙相适应的工科学生创新素养评价系统，并在消解隐私风险的考量下完善元宇宙身份认定机制。

1．建立教育元宇宙协同发展体系，致力于工科学生创新素养培养

根据教育元宇宙的技术特征分析可以看出，发挥教育元宇宙的优势需要多部门的协同参与，厘清教育行政部门、企业、高校等部门的职责。第一，由于教育元宇宙的应用涉及个人感官信息提取、数据适配与传输、传感器隐私数据的收集等，需要针对教育元宇宙的行业标準及数据应用制定明确的标准，并建立基于师生数字身份的学校管理制度，将虚实交融、万物互联的元宇宙技术规范纳入学校新基建规划项目，并建立配套的空间布局应用条例。第二，科技类企业在教育元宇宙技术研发、市场调研与推广等方面具有显著优势，能够为学校的元宇宙技术应用提供大量资金、硬件与软件设备、课程资源等，是协同创新体系中的重要组成部分。在科技类企业的支持下，有助于完善教育元宇宙的多维培养体系，丰富学校的课程设计实践板块、科技实践模块、学科基础实验模块等，指导元宇宙技术的教学应用，通过教育元宇宙促进工科学生创新素养的发展。第三，随着现代生产方式及高新技术的快速发展，建立科学研发与教育教学现实需要紧密结合的“一体化”运作机制。围绕提升工科学生创新素养的教学主题，构建基于教育元宇宙、智能技术支持的学习环境，实现课堂内的师生交流互动便捷化、教学方式趣味化、学习效果和学生创新素养提升的目标，创设形式多样的虚拟交互、沉浸式感知等教学形式，涉及创意产品设计、零部件加工、控制系统软硬件设计、可靠性及稳定性调整等，促使工程教育科研理论和实践教学更加协同。

2．利用教育元宇宙革新教学模式，推动高校教师教学能力提升

通过建构跨学科的学习方式和新型教育教学方法，推动教育元宇宙等新型教学技术的广泛运用，在学校教育中建构工科学生创新素养的培养机制。但是仅仅采用新的技术手段尚不能促进工科学生创新素养的发展，教师需要采用创新教学理念并在课堂中引入学生创新思维、创新能力的培养方式。兼松（Kanematsu）等人使用教育元宇宙开展虚拟现实和STEM学科实践相结合的教学方式，涉及具有一定风险的放射性核安全教育，学生在元宇宙学习环境中接受教师的同步引导。对比实验结果表明学生对虚拟课程产生浓厚兴趣，能够从情感上克服对于危险事物的恐惧感并深度探究学习，可见教师的有效指导能够进一步提升教育元宇宙的教学效果，对于培养学生的实践动手能力也具有积极效应[17]。教师在利用虚拟现实等技术教授学生时，需要鼓励各种类型的创新素养发展，使学生在学习期间燃起创新创造的希望。为培养工科学生的创新素养，需要在教学方面进行一系列改革。第一，利用元宇宙创设具有挑战性的问题情境，使工科学生经过思维加工发展个人的创新思维；第二，工科学生在自主探究与学习的过程中，往往能够锻炼自身收集材料、组织材料、传递信息并解决问题的能力，形成创新素养发展所需的技能；第三，促进多样化的教学模式改进，引导学生探究“是什么”“能够是什么”的问题，使工科学生的思维得以丰富和拓展；第四，围绕知识增长和创新能力发展的相关性，增加课程教学的类型，包括学生所必修的核心课程、差异化的外围课程、经验为本的课程以及微型课程，为学生发散思维加工和复合性思维加工创造条件。

3．借鉴虚拟学习场景数据反馈，完善工科学生创新素养评价机制

在教育元宇宙的虚拟学习场景中，系统储存了大量学习者及其行为表现的数据，这些数据经过分析处理能够提供形成性和诊断性的反馈，便于为工科学生的学习表现及创新素养创设总结性评价基础。在对工科学生创新素养的评价方面，必须革新已有的评价理念，建构数字化教育背景下的学生创新评价机制[18]。评价的目的是促进工科学生综合素质提升和创新能力生成，切合学生发展及生长的动态性，而终结性的结果评价往往只注重学生的最终表现，对工科学生创新素养发展的过程忽略不计，有违学生成长的客观规律及科学培养。最早注意过程评价的是斯塔弗尔比姆（Stufflebeam）等人提出的CIPP（Context，Input，Process，Product）评价模式，斯塔弗尔比姆对CIPP模式中的过程评价进行界定，认为“过程评价的实施目的是发现方案实施过程中出现的问题，并向方案指定的人作出及时的信息反馈，整体反映为一种实施过程中的评价形式”[19]。在创新人才过程性评价的基础上，借助于元宇宙、智能技术支撑，结合形成性评价、针对性评价以及终结性评价体系，动态地将各种评价形式加以整合，形成针对工科学生创新素养发展的全过程评价，定期检验工科学生创新创造的阶段性表现，探究问题解决途径，将动态化评价作为学生创造力培养的必要途径。具体来看，基于元宇宙在形成性评价与总结性评价方面的优势，能够为工科学生的创新素养发展创造三方面的支持[20]。第一，元宇宙结合精心设计的课堂教学活动，可以吸引工科学生积极参与其中；第二，元宇宙可以激发工科学生更多样化的创新行为表现，描述学生学习体验及虚拟情境的参与情况，通过创造性的活动设计使工科学生的自我效能感、创新意愿得以激发；第三，提供工科学生创新行为表现的证据，借助于内嵌于元宇宙中的诊断性评价重构学生行为轨迹中的细节，或者采用快照式的总结性评价、展示创意产品作品的综合评价。

4．明确虚拟身份准入认证规则，化解师生隐私安全风险

元宇宙本身作为多项技术的综合体，以“去中心化”推进资源共享，消除传统媒介中的数字鸿沟，但在资产管理、数据隐私保护等层面均存在较多的伦理挑战。元宇宙中的虚拟分身技术和生物数据系统在增强人机交互便利性的同时，也给师生的隐私保护带来较大风险。在没有对元宇宙运营平台加以管控的情况下，放任运营方对师生的行为偏好、文字表述及虚拟分身等数据信息加以收集，并将其用于商品推销、企业盈利等目的，将会出现师生隐私问题蔓延至元宇宙世界的问题。教育元宇宙创建了一种基于游戏中心的网络虚拟关系，忽视现实世界的生生互动和师生交流，可能诱发身份混乱、逃避现实以及对现实的不适应。另外个人隐私信息和数据安全难以得到保障，平台管理员的主导权力无限放大，不可避免地会受到违法行为的威胁。为规范教育元宇宙中的学习活动，应当建立学生虚拟身份准入的认证规则，保障师生身份信息的真实性和完整性，使身处元宇宙中的师生具有与现实世界唯一映射的虚拟化身，打造元宇宙虚拟世界的“通行证”“信任体系”，建立官方认证并具有特定标识的元宇宙身份认定机制[21]。利用区块链技术、非同质代币（NFT）和非同质化权益（NFR）的价值转化闭环，包括分布式存储技术、分布式账本与智能合约、哈希算法及时间戳技术，使数字产品得到身份绑定、版权认证、权益分配等方面的信息保障，维护用户原创内容（UGC）、专业生产内容（PGC）等产品创作，避免区块链交易及元宇宙技术应用时发生侵权

行为。

参考文献：

[1] FREY D， ROYAN J， PIEGAY R， et al. Solipsis： A decentralized architecture for virtual environments[C].1st International Workshop on Massively Multiuser Virtual Environments， 2008：29-33.

[2] 华子荀，黄慕雄. 教育元宇宙的教学场域架构、关键技术与实验研究[J]. 现代远程教育研究，2021，33（6）：23-31.

[3] 庞蒂．知觉现象学[M]．姜志辉，译. 北京：商务印书馆，2003：184．

[4] WILSON M. Six views of embodied cognition[J]. Psychonomic Bulletin & Review， 2002， 9（4）：625.

[5] GILBERT R L. The PROSE Project： A program of in-world behavioral research on the Metaverse[J]. Journal of Virtual Worlds Research， 2011， 4（1）：3-18.

[6] ZHENG Y， LI Y， WANG Z， et al. Blockchain-based privacy protection unified identity authentication[C]//2019 International Conference on Cyber-Enabled Distributed Computing and Knowledge Discovery （CyberC）. IEEE， 2019：42-49.

[7] ESTUDANTE A， DIETRICH N. Using augmented reality to stimulate students and diffuse escape game activities to larger audiences[J]. Journal of Chemical Education， 2020， 97（5）：1368-1374.

[8] KYE B， HAN N， KIM E， et al. Educational applications of metaverse： possibilities and limitations[J]. Journal of Educational Evaluation for Health Professions， 2021（18）：1-13.

[9] AMABILE TM.Componential theory of creativity[J]. Harvard Business School， 2012，12（96）：1-10.

[10] 林崇德.创新人才与教育创新研究[M]. 北京：经济科学出版社，2009（2）：121-132.

[11] EINSTEIN A， INFELD L. The evolution of physics： 18th Printing edition[M]. New York： Touchstone， 1967：3-15.

[12] SANTOS H， MARTINS R S， BRITO C R， et al. Promoting Creativity in Final Year Engineering Students' Project：a case study in the Smart Cities context[C]//2019 IEEE World Conference on Engineering Education （EDUNINE）. IEEE， 2019：1-6.

[13] BAILLIE C， WALKER P. Fostering creative thinking in student engineers[J]. European Journal of Engineering Education， 1998， 23（1）：35-44.

[14] BARATA G， GAMA S， FONSECA M J， et al. Improving student creativity with gamification and virtual worlds[C].Proceedings of the First International Conference on Gameful Design， Research， and Applications. 2013：95-98.

[15] 王亚文，闫莉，王长元，等. 教育元宇宙场域下的实验教学探讨[J]. 高等工程教育研究，2022（4）：96-101.

[16] 巩文斌. 基于虚拟现实的新工科建筑类专业多学科融合创新平台构建[J]. 实验室研究与探索，2021，40（4）：247-251.

[17] KANEMATSU H， KOBAYASHI T， BARRY D M， et al. Virtual STEM class for nuclear safety education in metaverse[J]. Procedia Computer Science， 2014， 35：1255-1261.

[18] 侯浩翔，倪娟.高校本科創新人才培养风险预判及防控策略研究[J].江苏高教，2022，260（10）：58-66.

[19] 斯塔弗尔比姆，等. 评估模型[M]. 苏锦丽，等译. 北京：北京大学出版社，2007：156-170.

[20] 索耶.剑桥学习科学手册（下）[M]. 徐晓东，等译，北京：教育科学出版社，2021：548-549.

[21] 向安玲，高爽，彭影彤，等. 知识重组与场景再构：面向数字资源管理的元宇宙[J]. 图书情报知识，2022，39（1）：30-38.

[基金项目：2021年度全国教育科学规划课题“基于智慧教育的高质量新型教与学体系构建与应用研究”（BCA210085），2022年度中央高校基本科研计划“‘互联网+背景下本科生创新素养的测评指标构建与培养路径研究”（JUSRP122064），2022年度江苏省教育科学规划重点课题“编程教育对工科生创新素养的影响机理与提升路径研究”（B/2022/01/107）]

[责任编辑：余大品]