元宇宙+教育③丨基于元宇宙的智能在线学习环境构建

引言

当代学习环境正在转向智慧、非正式、整合、互动和创新。智能学习环境需要支持学生个性化学习、终身学习和可持续发展。

智慧学习环境包括感知环境、记录过程、识别情景和联接社群等显著特征。新兴技术聚合赋能正引领智能学习环境由线下到线上，再到线下与线上深度融合的方向发展，元宇宙为探索智能在线学习环境提供了全新的视角。本文将尝试构建基于元宇宙的智能在线学习环境。

技术统摄

元宇宙智能在线学习环境的构建基石

元宇宙顺应了第六次科技革命颠覆性、智能 化、绿色化和国际化的发展理念 ，将“单技术—复合技术—富技术” 的技术发展轨迹继续向前推进，通过统 摄各种技术将表现出拟人性的新智能。

综合来看， 元宇宙主要依托的底层技术涵盖：

5G/6G网络环境

元宇宙将借助5G/6G打造新一代通讯网络，彻底突破智能技术融合赋能的通信屏障。元宇宙网络融合云计算、泛在计算和边缘计算，架构形成新型的技术联通场域，推动“信息—物理—社会”的深度融合。

元宇宙网络的发展指向“万物智联，数字孪生”，显现出智慧内生、安全内生、多域融合和算网一体的创新特征。基于元宇宙沉浸多感网络，将可实现沉浸式云扩展现实、全息通信、感官互联、智慧交互等事件的实时控制。

资源生产

元宇宙将借助人工智能技术，形成资源生态发展场域：首先，持续智能产生海量的挖掘内容，实现元宇宙资源的动态生长。其次，按需智能生成个性化学习资源，实现元宇宙资源的智适应动态推送。第三，资源智能审查全覆盖，实现元宇宙资源的安全与合法。

大数据处理

元宇宙将深入推进计算系统的智能化，架构符合 Web3.0 资源聚合配置的服务体系。在智能技术的加持下，云计算将促进元宇宙在线教育系统硬件的智能虚拟化和软件的智能服务化改造，形成各子系统深度智能整合的新模态。通过云层的数据云、资源云和服务云，可实现元宇宙中数据上通下达的无缝转化衔接，生成元宇宙在线教育新的逻辑框架、体系结构与服务模式，实现可配置伸缩、多元资源融合共享和动态精准服务等。

认证机制

区块链具有去中心化、可追溯、不可篡改和去信任化等显著特征，将推动元宇宙世界生产关系的变革，从信息网络转向价值网络，形成同智能在线学习环境相匹配的认证生态系统。

在资源建设方面，区块链技术有助于形成元宇宙在线资源存储、连接、交易、共享和管理的生态系统，实现资源的最优化流通与配置。在学习认证方面，区块链技术将有助于推进学分认证、学习成果认证和能力认证等，实现认证管理的智能、安全、高效和共认。

交互界面

元宇宙将超越图形界面交互阶段，真正转向基于现实的人机交互新阶段。从人机协同的体感交互视角，元宇宙在线学习交互将融合动作、触觉、眼动、手势和肌电等多通道方式，实现具身自然交互。从人机共生的脑机交互视角，元宇宙将通过脑机接口建立与人脑的直接关联，实现脑神经信号与外在表征建模的动态转化，塑造理想化的意念学习体验。

元宇宙智能在线学习环境的构造模型

系统结构

元宇宙智能在线学习环境的空间 塑造

潘云鹤院士提出，人类生存空间已经扩展到三 维空间，即物理空间、社会空间与信息空间 。根据保罗·米尔格拉姆（Paul Milgram） 等人构建的真实环境与虚拟环境的连续体模型 ，虚拟空间正在增强现实，甚 至创造“现实”成为人的第二生存空间。

元宇宙代 表了空间连续的理想形态，升级甚至颠覆了人们对 于传统环境结构的认知。从技术赋能的视角进行分 析，元宇宙智能在线学习环境的系统结构包括：

第一，构造环境， 即师生所处的感知共生场 域。 元宇宙构造环境既赋能现实，又超越虚拟，学习者可进行泛在、自由和富有成效的学习。其组成部分包括：真实镜像，即将现实物理学习环境进行三维全景采集，根据需要融入元宇宙环境中作为背景，实现真实再造；虚拟造物，即满足学习者的认知需求，塑造甚至创造学习对象，实现对学习对象的深度宏观认知与微观体察；穿戴设备，即有助于增强学习者在元宇宙环境中的感知体验，实现沉浸学习，设备形态将变得更加智能、灵活与贴合；学习场域，即学习事件展开的发生情境，将情境预设、动态建模与师生过程编辑相结合，可动态生成理想的学习场域。

第二，信息环境， 即动态数据流通与资源服务 环境。 元宇宙不仅能智能供给资源，而且让学习者 深处资源之中，达到资源服务与学习者认知的智能 耦合。其组成部分包括：数据聚合，即将学习者的 历史数据与动态的行为、生理、心理和认知等数据 进行有机整合，及时反馈给系统、教师与学习者自 身，以动态优化教学过程；知识生长，即建立智能 化的知识资源库，形成原生资源、动态资源与再生 资源的知识流转循环，实现知识的动态更新；动态 服务，即打通知识呈现、场景表现、路径优化与智 能推送的边界，以降低认知负荷，实现“所思有所 得”；虚实联通，即实现元宇宙中的信息与现实世 界的信息无缝对接。

第三，心理环境，即师生动态性与持续性的主 观整体感受。 元宇宙能满足学习者的整体性心理需求，为其身心创造了全新的安放之所。其组成部分包括：场所感，即元宇宙能创造让学习者产生身份认同、功能依赖和情感依恋的学习居所感受；具身感，即通过身体参与运动、相称姿态动作和感知增强等沉浸式交互，可产生环境、认知和身体高度融合的在场体验；临场感，即通过创设良好的自主探究、合作探索和意义整合的环境，可促进学习者情感表达、开放沟通和团结协同的感受；认同感，即学习者拥有对所处环境和自身有价值或有用的评估，能让学习者产生较高的心理认同和规则认同。

第 四，文化环境，即师生共同的外在行为遵循与内在价值认同。 元宇宙将重塑环境与人的关系，形成 多元、和谐、开放和生成的文化场域。其组成部分包 括：人机协同，即将人类智能与机器智能进行有效融 合产生“协同智能” ，元宇宙中的智 能技术广泛参与到目标制定、内容生成、过程规划和 结果评估之中，可形成人—技互为主体的学习生态； 秩序规范，即在元宇宙所形成的社会准则影响下，重 新建构学习环境的运行准则；人际交往，即在元宇宙 富媒体学习环境中，所形成的自由、平等、公正的人 际关系；价值观念，即对元宇宙学习环境中的自我、 行为、规则、品德等的综合认知。

组成要素

元宇宙智能在线学习环境的核心表征

关于学习环境的构成要素，布伦特·威尔逊 提出资源、工具和人际关系的“三要 素说 ”， 大 卫·乔 纳 森 等在此基础上增加了问题空间、社会性支 持和案例等要素，黄荣怀等则将 学习环境的构成归纳为资源、工具、学习社群、教 学社群、教学方式和学习方式6个要素 。

元宇宙智能在线学习环境将重新塑造、深度 聚合原有要素，聚焦学习者中心、知识中心、评价 中心和共同体中心等多种视点，从而形成自身独特 的构成要素群。具体来看，主要包括以下8个部分：

复合资源

资源结构具有场域特征，融合情境、内容与活动进行综合建构；资源表现具有多模态性，同一资源具有多种呈现形式，能够满足不同的学习需求；资源生成具有动态性，包括内容聚合与场景建模；资源体验具有多视角性，包括第一人称视角的亲身经历，以及第三人称视角的观察学习等。

智能工具

产生身体操纵感，通过可穿戴设备可产生真实触感；能够及时反馈，对于作用效果能进行可视化动态呈现；可选多种形式，允许个性化选择场景学习工具；高效舒适体验，能够智能化满足学习需求实现“人体的延伸”。

意象活动

创意活动情境，师生既可利用情境库中的场景，也可进行组合创造；编辑活动过程，师生可根据活动需要改变情境布局，将个体空间活动与共同体活动有机结合；反馈活动成效，可对整体活动进行深度数据挖掘和分析，为个体和共同体提供可视化的分析报告等。

全人评价

个体的成长性评价，既可持续进行形成性与总结性评价，又可将数据即时汇入历史数据以综合评估个体成长状况；群体的发展性评价，对基于新型人机和人际关系形成的教学共同体进行动态追踪，有效监控、评估其整体性发展成效等。

精准教学

基于环境智能对学习者个体的适应性反馈，包括学习行为适应、学习路径引导、学习过程干预和学习资源推送等；教师对学生群体的最优化干预，基于大数据分析，教师可不断优化改进教学设计、教学辅导和教学决策，实现精准化的教学供给等。

具身学习

多感知交互，可调动身体的多种感官，融合邻近、泛在、多模态、可植入等多种交互类型 ，实现技术增强且近乎自然的交互；多通道交互，可通过语音、动作、眼动、手势等不同方式达成行为目标；“亲历性”交互，“亲身经历”学习事件发生“现场”，既能代入真实，又能规避风险。

学习伙伴

元宇宙中的“人际”关系将超越现实束缚，形成更为紧密的伙伴关系。主要类型包括：虚拟伙伴，即由智能技术塑造的虚拟影像，学习者可自由更换其外形；化身伙伴，即其他学习者的虚拟化身，学习者也可对其外形进行一定程度的编辑；全息伙伴，即其他学习者的真实镜像。元宇宙将塑造更多的伙伴类型，形成多样的伙伴关系。

教学类群

教师也可塑造与学习者相同的存在类型。主要包括：虚拟教师，即由智能技术合成的具有真人外表的虚拟影像，可以根据教学情境需要进行自由“变身”；化身教师，即教师以化身的形式展开教学；全息教师，即教师以真实镜像展开教学。

培养目标

促 进学习者深知生慧

元宇宙智能在线学习环境消除了传统网络在线 教学时空分离的障碍，实现了时空再融合，产生了 超越时空距离的新型“共在”形式。同时，它又打 破了传统课堂教学时空禁锢的藩篱，扭转了课堂中 师生地位天然“失衡”的状态。这将从根本上变革 传统的教学结构，形成优于传统网络教学与课堂教 学的新型教学组织形式。

因此，元宇宙在线教学不 仅能达成传统的教学目标，而且能深入挖掘学习 者的潜能，促进学习者的智慧生成，从而适应新时 代对于智慧型人才的新需求。

第一，深知。 学生者处于知识情境之中，能具 身体验完整的知识学习过程。具体阶段包括：

发现， 即在构造情境中识别问题背景、甄别问题类别，找寻解决方法和路径；

构想， 即利用复合资源和智能工具进行试验探索，形成多种备选的解决方案；

抉择 ，即在智能评估工具的帮助下，对于多种方案进行比较、选择和实施，选择最优解决方案；

归纳， 即对学习过程、知识获得和使用方法进行反思总结；

创造， 即自身创设多元情境，探索问题的更优化解决方案；

评价， 即将过程智能评价分析与自身反思性评价相结合，形成完整的评价结果。

在 知识学习过程中，元宇宙智能在线学习环境有助于 学习者更加高效地完成事实性知识的习得，参与多 种情境的学习活动，进行深度的知识创造。由此， 从知识生成与发展的视角来看，元宇宙智能在线学 习环境有助于知识外显化、内隐化、组合化和社会 化的知识流通场域构建，并形 成显性知识与隐性知识相互转化的知识发展螺旋。

第二，生慧。 学习者在完成对知识深度学习的 同时，将转向更为高阶的“智慧成长”。

从智慧的内涵来看，智慧在构成上可以解 构为三个要素：面向学生认识的工 具思维，即学生问题解决、规律探索和新知创造的 求真思维；面向人际关系的价值思维，即学生社会 认知、生活交往及集体意识的求善思维；面向自我 认知的意义思维，即对于生命乐观认知、积极体验 的求美思维。

元宇宙学习环境中人之慧与技之智融 合赋能，共同培育生成学生的智慧结构 ： 基础层次， 即符合人工智能时代需求的共 性素质，涵盖信息素养和人文素养的素养智慧，以 及通过解构材料、匹配活动和塑造模式展现的思维 智慧； 实践层次， 即指向学习者外在的智慧行为， 包括由形成规范、自制情意和合理抉择构成的学习 智慧，以及由建构知识、提炼范式和融合创新构成 的学科智慧； 品质层次， 即妥善处理好主我—客 我、人—我和物—我关系的道德智慧。

来源丨《现代远程教育研究》

作者丨刘革平 王星 高楠 胡翰林

关键词： 智能技术 组成部分