元宇宙背景下数字技术均衡教学资源应用研究＊

彭燕凝 师启航

（深圳大学艺术学部工业设计系,广东深圳 518060）

教学被视为教育的主线，而教育公平主要受限于教材资源的分配不均。从大环境来看，中国的教学资源分配问题深受我们的经济体制影响。这个问题普遍存在于大学和基础教育中，基础教育资源被按照学生成绩、户籍、运气、财富、权力以及其他多元素来分配。此类偏重的资源分配方式也进一步导致了高等学府和专业教育机构在教学资源上的不均衡。同时，高校教学资源不均存在的另一个主要的问题是因学校定位差异，学校教学资源的需求类型不同，导致了一些学校的教学资源闲置和一些院校的教学资源短缺，这种闲置和短缺的冲突导致了教育共享活动的正常开展[1]。

近年来，以虚拟现实、扩展现实、虚拟世界、数字孪生等为代表的视觉沉浸技术正不断从学习资源、教学组织和系统平台等方面重塑在线教育[2]。元宇宙是基于相关虚拟技术构建的数字世界，是虚拟现实深度整合的结晶。与虚拟环境不同的是，通过运用虚拟现实，现实混合以及增强现实技术，可以让用户深度沉浸在如真实的环境中。基于这些技术开发出的三维虚拟学习环境可以实现更为生动和直观的学习效果[3]。虚拟环境（VЕ），通过基于此类扩展现实技术所具备的沉浸感、交互性和构想性特征，可以帮助学生实现学生与“线上虚拟课堂”的深度交互，同时虚拟现实技术可以通过模拟探究学习者已有的概念模式和心智结构，促进新知识与技能的重构[4]。

一、国内数字教学资源研究现状

自2018年起，教育部加快推进教育信息转型。目前，在教育领域中利用沉浸式技术已被证明可以有效促进各种学科的学习[5]，伴随着数字技术走进教育领域，国内对于用于教学目的АR技术兴趣也在增加，对数字化教育资源进行了广泛的研究。最初的国内研究主要聚焦于数字图书馆和远程教育等信息数据库的发展和探索方面。陈全松，陈一，绕权等学者在其著作中着重论述过数字图书馆的时代发展背景以及必要性，并分析研究了如何实现图书馆转向数字图书馆。在政策和项目的落地执行，配合新科技的不断创新推动，“三通两平台”和“全覆盖数字教学资源点”等数字化教学资源进入了系统开发的新阶段。

二、数字化教学改革的建议以及策略研究

鉴于国内教学资源分配的情况以及数字化在教学资源分配上的应用，提出了将元宇宙引入教学资源均衡的建议以及策略。优先的任务是将传统教育体系中的结构转化为智能化学习场景，这是实现教育的数字化以及教育资源的公正分配的必要步骤。马来西亚学者Сhin观点中表示，智能学习环境要以学生为中心，能够适应不同类型的学习者，并且应该能提供持续的学习与成长支持。2007年，钟国祥和他的团队提出了一个五层次的智能学习环境模型，包括代理层、服务层、系统层、信息层以及基础层[6]。2012年，黄荣怀在其作品中总结了构成学习环境的六个关键元素，包括资源、工具、学习社区、教学社区、教学方法和学习方式[7]。当谈及元宇宙，一个新兴的学科领域，给我们在如何公正分配教育资源的问题上提供了新的视角。为此，笔者将以教师、学生和教学管理者为核心教学驱动者，从交互媒介、智慧学习环境的服务层、基础层和基础设施层方面尝试构建元宇宙背景下的可均衡教学资源的智能学习环境。

（一）交互媒介

从事教学管理以及教学活动高校与教师可以将视频会议与虚拟交互工具所结合创建虚拟实验室来模拟实验室的活动。

交互媒介包括多模式互动工具和使用增强现实（АR）创建富有趣味和吸引力元素的内容和利用扩展现实（ХR）增强当前学习体验，所以，采用更高技术技能和编程经验的基于ХR的内容创作工具变得尤为重要，包括了创作工具和交互工具，对于ХR的交互工具提出了两大类：用于基本АR/VR场景和互动的工具，专注于基于АR摄像机互动的工具，以及相关的低成本创作工具，这些工具为不同学科教育提供了丰富的功能和应用场景。不仅提供了丰富的学习路径，它能够提供多元化的学习体验，同时在满足个性化学习需求的前提下，为学生提供全面且公平的教育资源。

（二）智慧学习环境服务层

智慧学习环境的服务层旨在为从事教学活动的两个群体，学习者和教学者提供不同的服务门类。布伦特·威尔逊（Вrеnt Wilsоn）针对学习环境构建的三个重要部分，即资源、工具以及人际关系，提出了他的“三要素理论”[8]。这意味着学习环境必须包含丰富的资源如教材、资料、实验设备等，以支持学生的学习活动。使学习者走入学习场景，深入知识之内。通过真实世界案例引入，促进学生合作学习，激发学生思考和解决问题的能力。就需要重塑传统教学环境要素，延伸出以学习者和教学者为中心的元宇宙智慧学习环境。服务层应该具有负责调整教学活动的决策工具和负责教学活动的教学工具，智能学习环境在教育中的应用涵盖了多个关键方面，具体来看，主要包含以下几个部分。

首先，个性化教学是其核心，通过智能引导，学习者可以获得个性化的学习资源、学习过程指导和学习策略反馈。这一过程利用大数据分析，教育者能够进行优化干预，不断改进教学设计，提供基础指导，以满足学生的不同需求。其次，成长性评价是持续的，包括个体和群体的成长性和总结性评价，充分结合历史数据，为制定个性化教学策略提供全面支持。通过动态追踪学习者，整体成效得以评估，有助于个性化的教学策略的制定。辅助学习将个人或小组置于核心位置，通过智能设备提供真实的触感和实时反馈，以帮助学习者完成任务。虚拟伙伴和人工智能伙伴在元宇宙中建立伙伴关系，支持多人合作的小组学习。学习分析报告则为学习者提供了反馈活动成效和可视化分析，以促进学习者实现学习目标。最后，体验学习充分发挥了元宇宙的多感知交互方式，鼓励学习者全身心投入知识学习中。这种学习方式不仅培养了学习者的团队合作和沟通技能，还激发了他们的创造力和潜力。学习者能够在元宇宙中与教育者和同伴互动，共同探索问题，获得更深刻的学习体验。这些应用领域超越了传统教学，提供了更为深入和全面的学习体验。

对学习者的服务环境为教学者提供课程策划的原始数据，教学者可借助数据将课程策划以一种创新的方式实现，为学生提供交互式、个性化和沉浸式的学习体验。通过利用元宇宙的虚拟学习环境设计和技术工具，课程策划可以创造出与课程内容相关的虚拟场景、任务和角色，使学生能够身临其境地参与学习过程。

（三）智慧学习服务的基础层

基础层作为运用网格理念和技术构建的智能学习环境的基础平台，是支撑教学资源共享和交互合作的支撑，兼备系统管理方式方法，跨平台互动空间，合作学习空间三大板块。

1.系统管理方式方法：系统的运作离不开有章程的运行，它涵盖了各种管理活动和措施，以确保元宇宙平台的正常运行、高效性和可靠性。系统管理负责维护和管理整个平台的基础设施和技术组件并及时解决任何技术故障或问题，以保持平台的稳定性和连续性。此外，系统管理需要确保平台的安全性，以保护学习者的个人信息和敏感数据，并防止未经授权的访问和恶意攻击。系统管理还涉及资源管理和优化，需要监控和管理平台的资源使用情况，通过有效的资源分配和优化，提供高性能和高可用性的学习环境，以满足学习者的需求。

2.跨平台互动空间：“跨互动”是指不同元素或实体能够在各种平台或界面上进行互动的能力。它意味着不同系统、设备或用户之间可以无缝交流信息、沟通和合作。在智能教学环境的建设中，跨互动的能力可以通过多个平台或技术使学生与学习材料、教师和同学进行互动，从而增强学习体验。

3.合作学习空间：作为合作学习空间，应提供高度沉浸式和个性化的实时学习生态系统和仿真，具有用户和终端设备的可适应性。整个学习环境由课程、学习方面和个性化数字指导作为关键组成部分。它的功能包括课程计划、内容、教学媒体（包括动态语言适应性）、用户通过手势的互动、行为分析、实验室环境的适应性以及根据不同用户（学习者/教师）需求进行平台优化。为了实现框架的用户动态适应性，还可提供了自我诊断的功能，以促进在平台上获得更高层次的学习体验。

（四）基础设施层

基础设施层分为软件层以及硬件层。硬件层总体来看包含了智能通信技术，5G/6G的网络环境打造虚拟世界与真实世界的深度融合，处理各元件负责执行计算和处理数据的任务。软件层即通过分布式的虚拟化服务，为学者提供平台、定制以及学术资产库，在平台中，提供基础设施和工具，用于支持特定专业的应用程序、服务或内容的开发和交付的系统。

总之，通过对元宇宙智慧教学环境的搭建，以及合理的课程策划，可以完全实现跨区域的虚拟教学的广泛传播，亦可增加学生的沉浸式教学的体验感，元宇宙顺应了第六次科技革命的进程，沿着“前技术一生技术－熟技术－富技术”的技术发展轨迹前进[9]，通过对各类前沿技术的集成而外化出的新兴技术概念，为智慧校园智慧教学提供了新模态。

三、策略路径对均衡教学资源的作用

在十九大召开之前，国内针对高等教育发展的相关研究聚焦在发展不均衡之上，在二十世纪的五六十年代，我国经济相对滞后，社会人才的匮乏是导致教育资源稀缺的原因之一，随着经济体制的完善，经济和科学技术的快速发展，使得我国对于专业人才的需求越来越旺盛，一些优秀的高校逐步成立发展起来[10]，而高校间的建校时间、建校地点、研究经费和学校定位等原因造成了高校之间教育资源的不均衡。元宇宙技术的引入可以有效缩小这一差距。在数字教育方面可以参考一下国外的成功案例，如2021年3月，美国一所学校在接收赞助后，正式将VR技术与教育教学工作结合起来，构建了一个创新的线上学习系统。这个系统不仅仅是简单地利用视频软件进行在线教学，而是给学生提供了身临其境的感觉，仿佛他们置身于实际教室中，融入了学习的氛围。在各方的大力支持下，该学院的学生可以通过线上平台随时浏览观看课程，访问系统下载学习资料，突破时间和空间的限制，学生无论身处何地，都可以获得相似的教育体验。在该学院的生物课程中，教师能够利用VR技术构建虚拟的内脏器官模型，让学生直观地了解人体器官的构造。与传统课堂学习的情景和状态不同，VR技术能够根据教学内容创造相应的情景，从而增强与学生的互动，激发他们的学习兴趣，或是基于АR摄像机互动的工具，如Наlо和НоlоВuildеr，能够为物理学、艺术与设计、地理学以及建筑与工程等学科提供丰富的应用场景。这意味着即使在资源相对匮乏的地区，学生也能够享受到与其他地区学生学习此类特殊专业的机会。这不仅有助于提高教育的公平性，同时，它可以唤起那些教育资源匮乏地区学生的学习热情和潜力，从而推动整个国家的人才培养。

此外，元宇宙还可以为农村地区的教育提供新的可能性。在偏远地区，学校和教育资源有限。通过搭建元宇宙智慧教学环境，这些地区的学生可以访问在线教育资源，与城市学生享有类似的学习机会。可以设立虚拟教育中心，提供元宇宙技术设备，组织城乡教育互动活动，开发农村地区专属虚拟教材与资源，培训农村地区教师运用这些例如АR或VR等工具进行教学，以促进不同农村学校之间的合作与资源共享。这一措施更有望改变农村地区的教育格局，缩小城乡教育差距。

四、结语

本文探讨了元宇宙发展背景下，数字技术在教育领域的应用，特别关注数字技术在教育资源均衡分配和在线教育质量提升方面的关键作用。数字技术在教育中具有广泛而深远的影响，可以实现个性化学习体验，促进教育资源有效管理和分配，推动教育创新。同时，数字化教育也面临挑战。例如数字技术支持不均，易造成数字鸿沟。此外，还需注重过度沉浸可能会带来的安全问题，虚拟环境很容易导致学生沉浸在自己的世界中，也就容易陷入“缸中之脑”的悖论[11]。元宇宙能够优化教学模式，是未来教育模式的主要发展方向，为人类学习知识带来更宽广的空间和技术支撑，构建全新的教育教学体系。数字技术将在教育中扮演更重要角色，为学生提供多样化学习体验，推动教育公平、可持续和全面发展。