1、 年第 期杭州师范大学学报（社会科学版）（）收稿日期：基金项目：全国教育科学“十四五”规划 年度国家重点课题“线上线下教育融合难点与突破路径研究”（）的研究成果。作者简介：田爱丽，华东师范大学教育学部教授、博士生导师，主要从事教育信息化、教育管理研究；王钰彪，华东师范大学教育学部博士研究生，主要从事教育信息化研究。教育研究 智慧教育研究专辑元宇宙服务教育教学的技术潜能、现实挑战与困境突破田爱丽，王钰彪（华东师范大学 教育学部，上海）摘 要：在数字化、智能化时代，元宇宙因充分整合了互联网、物联网、大数据、人工智能等技术的优势，在社会生产生活中显现出强大的活力和潜能。元宇宙服务教育教学既是国家数字
2、化战略的重要组成部分，又是教育中人机协同的发展趋势，同时也契合家校社合作育人机制的新要求。基于其沉浸式体验、强社交关系、去中心化的特点，元宇宙在创建新的教育教学情境、深化学生学习体验、增强学生学习的个性化以及提升评价的真实性等方面具有巨大潜能，但当前在数据伦理、学习机制、师生关系、关键技术等方面存在着风险和挑战。为此，应强化技术保障与规则制定的平衡，坚持标准制定与有效治理协同并进，重构传统教学形态与教师育人角色，明晰发展目标与平台搭建的均衡衔接，将教育元宇宙不断向纵深推进。关键词：元宇宙；教育教学；技术潜能；人机协同中图分类号：文章编号：（）文献标志码：数字技术蕴含巨大的变革潜能，正深刻冲击着
3、人们的生产生活与学习方式。（）伴随着虚拟现实（）、增强现实（）、混合现实（）等为代表的沉浸技术的发展与融合应用，虚拟世界和现实世界的边界日渐消失，加速了社会数字化转型的步伐。年，中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 年远景目标纲要提出加快数字化发展，建设数字中国。年，国务院关于印发“十四五”数字经济发展规划提出要加快推动文化教育等领域公共服务资源数字化供给和网络化服务。在此背景下，元宇宙（）作为一项综合技术已经被应用于社会各领域。元宇宙作为移动互联网的继任者，融合了云计算、数字孪生、物联网、区块链、人工智能、扩展现实技术（）等，将进一步推动虚实融合教育环境的构建，引领教育数字化发
4、展走向新阶段，以科技创新催生未来教育发展的模式与路径。从实践来看，元宇宙的核心技术正在教育的不同领域落地实施，既推动着传统教育教学模式的改革与创新，也促进了线上虚拟空间与线下实践活动的深度融合。然而，元宇宙服务教育教学的成效尚需进一步探究。为此，本研究从解构元宇宙服务的特征及支持技术出发，厘清元宇宙参与教育教学的应用场景与优势，明晰当前的机遇，辨析可能带来的挑战与困难，进而提出突破的路径。一、元宇宙服务的特征与支持技术从源头来看，美国科幻作家尼尔斯蒂芬森（）在小说雪崩（）中最早提出了元宇宙的概念雏形。伴随数字信息技术的迭代进阶与持续革新，元宇宙已演变成一个具有深度沉浸、多维交互、开放创造和跨时
5、空协作等多重属性的集合，既具有数字技术发展的一般性特征，又具有根植于虚拟现实的特殊性，主要表现为以下三点。（一）虚实融生的沉浸式体验与扩展现实技术沉浸式体验为用户提供虚拟三维（）世界中的个人临场感和沉浸感，将人机界面扩展到二维（）计算机或智能手机屏幕之外，所以有人将元宇宙描述为“嵌入式互联网”，即用户在互联网之中，而不仅仅是看着它。借助沉浸式交互设备为用户提供满足其感官、能力、身份、想象力等需求的内容，进而丰富人的情感体验、扩展人的感知阈值、延伸人的创造能力、提升人的价值内涵。为沉浸式体验提供支撑的一系列人机界面技术，统称为扩展现实技术，即任何可以向用户提供现实环境并添加数字元素来改变或增强现
6、实的技术。元宇宙具体有三种技术，分别是在物理对象上投影数字覆盖的增强现实技术；使用户与现实环境中显示的虚拟对象进行交互的混合现实技术；只与计算机生成的虚拟环境一起工作的虚拟现实技术。而这背后则是高速移动通信技术提供的元宇宙底层数字基础设施，如第五代移动通信技术（）、第六代移动通信技术（）能为元宇宙参与者提供高速率、广覆盖、低时延的大规模传输服务，确保网络信息的畅通无阻；物联网技术保障了元宇宙中万物互联互通，承担着物理世界数字化的前端动态采集和分析工作，主要由感知层、网络层和应用层等三部分组成。（二）跨时空的社交与通用标准、协议强社交性是数字化时代元宇宙服务的重要特点，参与者可以使用相同的设备和
7、数字身份在多个联网平台或互联虚拟空间之间进行无缝衔接的交流与互动。同时，在现实与虚拟深度融合的世界中，元宇宙能够有效突破物理时空的阻隔，重塑区别于现实社会但又与现实社会相互嵌套的社会关系体系。参与者可以个性化设置自己的外在形象并生成唯一的身份标识，进而与朋友及亲属等进行全方位社交。从这个角度来看，元宇宙将带给人们跨时空的、沉浸式的社交感知体验，创建虚实融生的在场效应。与传统的社交关系相比，新的社会交往体系呈现出立体化、浸润式、切换及时等特点，虚拟化身能够淡化现实世界中身份、阶级、性别、种族等因素造成的社交障碍，进而建构出一套新的社交伦理准则及行为规范。元宇宙的强社交性决定了平台之间需要使用通用
8、的技术标准和协议。元宇宙的大规模运用和发展要求其建立在开放标准和全球接受的协议上，在互联的元宇宙系统中带来统一的用户体验。当前，一些技术标准组织正在制定开放元宇宙所需的互操作性标准。（三）去中心化的自治性与区块链技术较之于自上而下的科层制组织或者是从中心向四周扩散的单一中心组织，元宇宙是一个去中心化的 年杭州师范大学学报（社会科学版）第 期组织系统，一个节点是一个中心，各个中心点互联互通形成网状。区块链技术是支持元宇宙去中心化特征的底层技术，这是一种依赖分布式网络系统、分类式记账的互联网技术，网络中的所有参与节点（计算设备）都能共享、维护和验证发布到网络上的数据，防止数据被篡改。为了向区块链增
9、加新的数据块，各参与节点必须达成共识，按照区块链的规则验证数据的合法性。这种共识驱动的数据系统受到密码保护，难以发生欺诈行为，这就可以确保在没有中心监督的情况下，进行快速、安全、可信和透明的在线交易。综上，元宇宙技术具有沉浸式体验、强社交关系以及去中心化三个特点。具体到教育领域，虽然线上线下的教学目标、策略、组织形式存在异质性，但教育教学始终无法离开教学场景、资源的选择与呈现、师生 生生交互、教学活动组织、教学评价等核心工作。现有线上教学存在着学习者社会参与感不足、教师教学存在感缺失、教学场景不够丰富、学生体验不强、在线评价的真实性无法有效验证等问题，而元宇宙的上述三个基本特征，能在一定程度上
10、解决这些问题。二、元宇宙服务教育教学的时代价值教育数字化治理的国家战略、人机协同发展的行业趋势和家校社合作育人机制的新要求为元宇宙服务教育教学提供了重要时机。（一）教育数字化治理的国家战略党的十九大报告提出建设网络强国、数字中国、智慧社会的构想，已经指明了“智能”是未来社会的发展核心，同时也是未来社会的运行理念和实践机制。智能教育的治理模式成为了国家战略层面的发展理念。党的二十大报告提出“推进教育数字化，建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国”。而元宇宙理念和技术的加入，既为教育数字化治理提供了新思路，也为其发展提出了新要求，这主要表现在三个方面。第一，元宇宙是多种数据技术的充分融合，体现在
11、对教育教学活动的各阶段、各要素和各主体的充分融合，是数字化治理在学校各个层面的集中体现。第二，元宇宙构建出的数字教学平台联动学校发展的方方面面，不仅有利于更精准和更具效能地改进学校的教育教学活动，而且对学校治理能力进行了更新和重塑，在解放师生人力的同时也关照了师生的发展。第三，数字化的治理需充分发挥各个主体的治理力量，并通过数据平台的不断优化，模拟出最具实效的治理方式。教育的数字化治理是为了培养更高质量的人才，建设更高质量的教育体系，这成为了国家教育数字化战略的重要组成部分。（二）人机协同发展的行业趋势人机协同是数字化时代各行各业的发展趋势，教育领域也不能例外。作为结合虚拟和现实的技术生态系统
12、，元宇宙是一种极具整合意义的统一体。将元宇宙的战略思想应用于教育教学活动中，能够将各个主体关系紧密结合。教育主体可以将多种教育教学活动要素、创意整合在虚拟世界中，通过创设一个多元的教育资源和活动平台，为教育教学活动的准备准确地描述出相关主体画像，并进行动态调整直至最优，通过计算向其推荐更加匹配的多模态资源，满足个体多样化需求。与此同时，通过搭建元宇宙虚拟世界的相关场景，进一步加深个体和机器的协同程度，推进人机融合，提高人机协同的效能。这不仅进一步推动技术变革走向深入，而且优化了各个主体间的关系，有利于将元宇宙理念和人机协同技术更加自然地融入教育教学活动中，彰显机器服务师生的根本价值。（三）家校
13、社合作育人机制的新要求家庭、社会和学校合作育人，既是时代的新要求，也符合育人的规律和特性。如何充分整合家庭、社 年田爱丽，王钰彪：元宇宙服务教育教学的技术潜能、现实挑战与困境突破第 期会和学校各自的育人优势，理念上容易阐述清楚，但实践起来并非易事。元宇宙的思维和技术为这一理念的落地提供了现实的可能性。在教育元宇宙中，通过多项数字技术可以较好地打通学校、社会和家庭之间的边界，将多方的主要元素相互融通，实现学校、家庭和社会育人的全面联结，充分彰显家校社合作育人对于学生全面发展的意义和价值。通过数字技术建构起的元宇宙虚拟世界能更加有效地联通实体和虚拟资源，将学生显性层面的教育教学活动与隐性层面的个体
14、发展历程相互联结，将学生显性层面的知识学习与隐性层面的能力发展相互结合，共同促进学生德智体美劳全面发展。如此，学生的知识学习和能力发展将不再处于二元对立的层面，学校与家庭也可以共同参与到学生的终身发展中，社会中的多种资源也将会为教育教学活动提供更多可能性，一个真正具有终身发展理念的培养模式应运而生，一个兼具学习和发展的社会便生成落地。三、元宇宙参与教育教学的应用场景及潜能元宇宙重塑人、技术、教学活动三者之间的关系，为学校、教师、学生等教育主体创设真实且超越传统教学情境的虚拟空间，让师生在现实 虚拟融合的场域中进行沉浸式教学活动。从元宇宙的关键特征与支撑技术来看，教育元宇宙主要涉及以下四个应用场
15、景。（一）元宇宙创设在场新情境，推进虚实交融的智慧教育作为基于现实世界的虚拟空间，元宇宙升级甚至颠覆了人们对于传统环境结构的认知。从技术赋能来看，元宇宙是涵盖现实条件、线上空间与硬件设备的一个广阔而又自由的复杂开放系统，是由相关利益群体共同建构的巨型数字生态。人工智能技术作为内核嵌入其中，使元宇宙赋能教育，打造出虚实交融的智慧教育新生态。一方面，元宇宙是基于现实世界的模拟再现，能将传统教学机构、资源等迁移其中，实现优质教育教学资源有序、有效地重新整合，尊重学生个体差异，满足学习者知识、技能和素质的多样化学习需求。例如，有学者构建了物理校园与虚拟校园同步的元宇宙系统，促使沉浸式学习内容融入每个学
16、习环节中，让学生依据自身感兴趣的领域进行差异化学习，提高单词的学习效率。另一方面，元宇宙是超越真实世界的群体自由创造，赋予智慧教育开放的环境，使学习者在一定程度上摆脱现实束缚，促进其高阶思维能力和创造力的发展。元宇宙创设的开放教育环境，不仅解决了在线学习中师生时空分离导致的学习孤独感、社交受阻以及在场体验感不足等问题，而且能够构建虚实相融、与物理世界平行并促进学生探究和创新精神发展的学习新时空。（二）元宇宙营造浸润式体验，提供多维立体的交互空间具身认知理论强调身体参与对认知的必要性，认为当学习者的身体、环境与认知三者有效进行交互时，学习效果最好。在教育教学领域，元宇宙能有效突破传统课堂环境局限，提供多维立体的实时交互空间，充分调动学习者视觉、听觉、触觉等，使其能够随时在高保真学习环境中进行体验学习。在虚拟可体验的学习场景中，学生利用可穿戴计算技术、人机交互技术、传感器设备和脑机接口等，与场景虚拟物品、实验仪器、复杂现象和抽象概念等进行交互操作、智能反馈，超越传统学习环境中的局限，进而激发学生的学习兴趣和内在动力。学生将从中获得的新信息融入自身原有的认知结构中，进行知识创生与实践转化。通